BUDOWA NIWELATORÓW SAMOPOZIOMUJĄCYCH.
ODCZYTY Z ŁAT NIWELACYJNYCH.
SPRAWDZENIE I REKTYFIKACJA NIWELATORÓW
SAMOPOZIOMUJĄCYCH METODĄ POLOWĄ.
Przed rozpoczęciem pomiarów niwelacyjnych należy 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 możemy wyróżnić
dwa typy niwelatorów:
Libelowe – oś celową ustawiamy w poziomie za pomocą libeli niwelacyjnej, w której to
pęcherzyk doprowadzamy do położenia środkowego za pomocą śruby elewacyjnej,
Samopoziomujące - oś celowa ustawia się w poziomie automatycznie. Jest to realizowane
za pomocą urządzenia zwanego kompensatorem.
1.
Budowa niwelatora
Budowę instrumentu przedstawimy na przykładzie niwelatora samopoziomującego Ni 025
(rys. 1).
Rys. 1. Budowa niwelatora samopoziomującego Ni 025.
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),
1 2
3
4 10
5
6
7
8
9
9
służące do poziomowania instrumentu. Aby określić czy instrument jest spoziomowany,
należy sprawdzić położenie pęcherzyka libeli okrągłej (2), którą możemy także obserwować
za pomocą lusterka (1).
W niwelatorze samopoziomującym Ni 025 wyróżniamy także obiektyw (7) i okular
lunety (3). Obserwator spoglądając do okularu lunety widzi siatkę celowniczą w kształcie
krzyża kresek. Aby można było dokonać precyzyjnego odczytu z łaty, należy doprowadzić do
odpowiedniej ostrości siatki celowniczej. Wykonujemy to za pomocą okularu lunety (7).
Również niezbędną czynnością przed wykonaniem pomiaru jest ustawienie ostrości obrazu
łaty niwelacyjnej za pomocą śruby ogniskującej (8).
Za pomocą niwelatora samopoziomującego można także dokonywać odczytu wartości
kierunku poziomego Hz (np. przy wykonywaniu pomiaru niwelacji punktów rozproszonych).
Wykonujemy to za pomocą lunetki systemu odczytowego (10). Patrząc do tej lunetki należy
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 służy leniwka pozioma (9).
2.
Odczyt z łaty niwelacyjnej
Po wycelowaniu lunety niwelatora na łatę (zakładamy, że łata ustawiona jest w pionie)
uzyskujemy obraz w polu widzenia lunety jak na rys. 2. Właściwy odczyt wykonujemy za
pomocą środkowej kreski poziomej krzyża kresek.
Rys. 2. Odczyt z łaty niwelacyjnej.
Dokonując odczytu z łaty należy zawsze mieć na uwadze, że 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. Niezależnie 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 wyróżniony kolorami, na przemian czarny i czerwony. Zmiana
każdego koloru następuje co 1 metr. Na tle każdego koloru znajduje się także opis złożony z 2
cyfr. Pierwsza oznacza wartości metrów a druga decymetrów od tzw. stopki łaty. Co 5
centymetrów na łacie znajduje się symbol dużej litery E (lub jej lustrzane odbicie) a
najmniejszą jednostką podziału (na przemian biało-czarna lub biało-czerwona) jest 1
centymetr. Odczyt z łaty polega na określeniu położenia środkowej poziomej kreski krzyża
siatki. Przykładowy odczyt z łaty na rys. 2 wynosi: 1362. Wynika on z tego, że środkowa
pozioma kreska siatki celowniczej znajduje się na czerwonym tle łaty, opisanej między
dwoma cyframi 13 a 14. Tak więc położenie osi celowej niwelatora znajduje się między 1
metrem i 3 decymetrem a 1 metrem i 4 decymetrem. Odczyt pierwszych dwóch cyfr wynosi
więc 13. Kolejną trzecią cyfrę należy określić licząc ile pełnych centymetrów (czyli pełnych
najmniejszych jednostek podziału łaty) znajduje się od wartości 13 do środkowej poziomej
kreski siatki celowniczej. Ponieważ środkowa pozioma kreska siatki celowniczej znajduje się
pomiędzy 6 a 7 centymetrem (względem wartości 13), tak więc dopisujemy do odczytu 13
wartość 6 centymetrów otrzymując 136. Pozostało nam jedynie oszacowanie wartości
milimetrów wyznaczanych środkową poziomą kreską siatki celowniczej między 6 a 7
centymetrem. Autor szacuje tą wartość na 2 mm, którą dopisujemy do naszego odczytu
uzyskując pełny odczyt z łaty, czyli 1362.
3.
Sprawdzenie I rektyfikacja niwelatora samopoziomującego metodą polową
Jak już na początku wspomniano przed wyjściem w teren należy dokonać
sprawdzenia i ewentualnej rektyfikacji niwelatora. Zawsze należy 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:
1.
Płaszczyzna główna libeli sferycznej powinna być prostopadła do osi głównej
niwelatora.
2.
Pozioma kreska siatki celowniczej powinna być prostopadła do osi głównej
instrumentu.
3.
Oś celowa powinna być pozioma w zakresie działania kompensatora.
Ad. 1.
Sprawdzenie tego warunku zaczynamy od spoziomowania instrumentu za pomocą 3
ś
rub ustawczych S1, S2, S3 (rys. 3a). Następnie obracamy instrument o 180
0
i sprawdzamy
położenie pęcherzyka libeli okrągłej (rys. 3b). Jeżeli pęcherzyk wyjdzie z górowania należy
dokonać rektyfikacji libeli sferycznej za pomocą śrub poziomujących S1, S2, S3 oraz śrubek
rektyfikacyjnych r1, r2, r3.
S1
S2
S3
r1
r2
r3
r1
S2
r2
S1
S3
r3
2
ϕ1
2
ϕ2
a)
b)
Rys. 3. Sprawdzenie i rektyfikacja libeli sferycznej.
Błąd wychylenia pęcherzyka libeli okrągłej dzielimy na dwie składowe 2
ϕ
1 i 2
ϕ
2.
Połowę błędu 2
ϕ
2 usuwamy za pomocą śrub poziomujących S2 i S3 (obracając śrubami
równocześnie w przeciwnych kierunkach) a drugą połowę tego samego błędu 2
ϕ
2 usuwamy
za pomocą śrubek rektyfikacyjnych r2, r3. Natomiast połowę błędu 2
ϕ
1 usuwamy za pomocą
ś
ruby poziomującej S1 a drugą połowę tego samego błędu 2
ϕ
1 usuwamy za pomocą śrubki
rektyfikacyjnej r1.
Ad. 2.
Sprawdzenie warunku drugiego można 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, należy sprawdzić działanie
kompensatora. Poniżej zostanie przedstawiony jeden ze sposobów sprawdzenia poprawności
działania kompensatora.
W pierwszej kolejności należy sprawdzić prawidłowe działanie wahadła. Sprawdzenie
to polega na delikatnym stuknięciu w obudowę niwelatora i obserwację siatki celowniczej.
Jeżeli 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 należy sprawdzić czy zakres działania kompensatora jest poprawny. W tym
celu ustawiamy łatę na „żabce” (metalowej podstawie na łaty zakończonej okrągłym bolcem)
w odległości ok. 40m od niwelatora. Poziomujemy niwelator (położenie pęcherzyka libeli jak
na rys. 4 poz. 1) i wykonujemy odczyt na łacie: O1.
S2
r1
S3
S1
r2
r3
1
2
3
4
5
Rys. 4. Położenie pęcherzyka libeli sferycznej w zakresie działania kompensatora.
Następnie doprowadzamy do wychylenia pęcherzyka powietrza libeli sferycznej w 4
skrajnych położeniach (rys. 4 poz. 2-5) za każdym razem dokonując odczytu z łaty: O2-O5.
Odczyty O1-O5 z łaty nie powinny różnic się względem siebie o 1-2mm. Wówczas
kompensator działa poprawnie i możemy 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 „żabkach” (Z1 i Z2).
A
Z1
B
t1''
t1'
t2''
t2'
p1''
p1'
Z2
p2''
p2'
40m
40m
5m
75m
Rys. 5. Sprawdzenie warunku poziomej osi celowej.
Po spoziomowaniu niwelatora wykonujemy odczyt na łatę wstecz t
1
’(np. 1426) i
zapisujemy wynik w dzienniku pomiarowym (rys.6). Następnie celujemy na łatę wprzód i
wykonujemy odczyt p
1
’ (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
1
’’(np. 1070)
zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys 6). Ponownie celujemy na łatę wstecz i
wykonujemy odczyt t
1
’’ (np.1648) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Po
dokonaniu pomiaru ze środka możemy wyznaczyć różnicę wysokości (przewyższenie)
między punktami określonymi przez położenie łat na „żabkach”. Ponieważ wykonaliśmy ten
pomiar dwukrotnie (przez zmianę wysokości instrumentu) obliczymy przewyższenie między
punktami dwukrotnie z wzorów:
0577
0849
1426
'
1
'
1
'
1
=
−
=
−
=
∆
p
t
h
(1)
0578
1070
1648
''
1
''
1
''
1
=
−
=
−
=
∆
p
t
h
i zapisujemy wyniki obliczeń w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Jeżeli różnica między
przewyższeniami obliczonymi z wzorów (1) nie przekracza 2-3mm uśredniamy wartość
przewyższenia
0578
1
=
∆
h
(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
powyżej czynności powtórnie. Wykonujemy teraz tzw. niwelację wprzód. Celujemy na łatę
wstecz i wykonujemy odczyt t
2
’(np. 1726) i zapisujemy wynik w dzienniku pomiarowym
(rys.6). Następnie celujemy na łatę wprzód i wykonujemy odczyt p
2
’ (np.1150) 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
2
’’(np. 0975) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys 6).
Ponownie celujemy na łatę wstecz i wykonujemy odczyt t
2
’’ (np.1552) zapisując wynik w
dzienniku pomiarowym (rys. 6). Po dokonaniu pomiaru ze środka możemy wyznaczyć
różnicę wysokości (przewyższenie) między punktami określonymi przez położenie łat na
„żabkach”. Ponieważ wykonaliśmy ten pomiar dwukrotnie (przez zmianę wysokości
instrumentu) obliczymy przewyższenie między punktami dwukrotnie z wzorów:
0576
1150
1726
'
2
'
2
'
2
=
−
=
−
=
∆
p
t
h
(2)
0577
0975
1552
''
2
''
2
''
2
=
−
=
−
=
∆
p
t
h
i zapisujemy wyniki obliczeń w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Jeżeli różnica między
przewyższeniami obliczonymi z wzorów (2) nie przekracza 2-3mm uśredniamy wartość
przewyższenia
0576
2
=
∆
h
(zaokrąglając wynik do milimetra) i zapisujemy w dzienniku
pomiarowym (rys. 6). W przeciwnym wypadku powtarzamy pomiar.
Jeżeli różnica między przewyższeniami otrzymanymi z niwelacji ze środka
0578
1
=
∆
h
i
niwelacji wprzód
0576
2
=
∆
h
(
0002
0576
0578
2
1
=
−
=
∆
−
∆
=
∆
h
h
h
) nie przekracza 2-3mm
to warunek poziomej osi celowej niwelatora jest spełniony.
W przeciwnym razie należy wykonać rektyfikację, czyli usunąć błąd niepoziomości
osi celowej niwelatora. W tym celu obliczamy teoretyczną wartość odczytu w przód p
2
’’,
wykorzystując odczyt wstecz t
2
’’=1552 (przyjmujemy tą wartość za bezbłędną ze względu na
niewielką odległość od łaty) z niwelacji w przód, oraz średnie przewyższenie między
punktami uzyskane z niwelacji ze środka
0578
1
=
∆
h
( przyjmujemy tą wartość za bezbłędną
ze względu na sposób niwelacji – niwelacja ze środka eliminuje błąd niepoziomości osi
celowej):
0974
0578
1552
1
''
2
''
2
=
−
=
∆
−
=
h
t
p
(3)
Po obliczeniu poprawnej teoretycznej wartości odczytu w przód nastawiamy siatkę
celowniczą niwelatora (poziomą kreskę siatki celowniczej) na obliczony odczyt p
2
’’.
Wykonujemy to za pomocą śrubek rektyfikacyjnych po zdjęciu osłony okularu lunety
niwelatora.
N
r
st
an
o
w
.
Oznaczenie
reperów
D
łu
g
o
ść
c
el
o
w
y
ch
I pomiar
wstecz t
1
w przód p
1
(t
1
-p
1
)
II pomiar
wstecz t
2
w przód p
2
(t
2
-p
2
)
Ś
rednia różnica
wysokości
h
+ -
Wysokość
Uwagi i
szkice,
zestawienia
1
2
3
4
5
6
7
8
1426
1648
0849
1070
A
Z 1
Z 2
40
+ 0577
+ 0578
0578
1726
1552
1150
0975
B
Z 1
Z 2
5
75
+ 0576
+ 0577
0576
Rys. 6. Fragment dziennika pomiarowego do niwelacji reperów.