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).

1 2

7

3

8

9

9

4 10

5

6

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),

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

śrub ustawczych S1, S2, S3 (rys. 3a). Następnie obracamy instrument o 1800 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

S1

r2

r3

r2

r3

2ϕ1

2ϕ2

r1

r1

S2

S3

S2

S3

a)

b)

Rys. 3. Sprawdzenie i rektyfikacja libeli sferycznej.

Błąd wychylenia pęcherzyka libeli okrągłej dzielimy na dwie składowe 2ϕ1 i 2ϕ2.

Połowę błędu 2ϕ2 usuwamy za pomocą śrub poziomujących S2 i S3 (obracając śrubami

równocześnie w przeciwnych kierunkach) a drugą połowę tego samego błędu 2ϕ2 usuwamy

za pomocą śrubek rektyfikacyjnych r2, r3. Natomiast połowę błędu 2ϕ1 usuwamy za pomocą

śruby poziomującej S1 a drugą połowę tego samego błędu 2ϕ1 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.

S1

r2

r3

2

5

1

3

4

r1

S2

S3

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).

t2'

p2'

t2''

p2'

t1'

p1'

t1''

p1''

Z2

Z1

B

A

40m

40m

5m

75m

Rys. 5. Sprawdzenie warunku poziomej osi celowej.

Po spoziomowaniu niwelatora wykonujemy odczyt na łatę wstecz t1’(np. 1426) i

zapisujemy wynik w dzienniku pomiarowym (rys.6). Następnie celujemy na łatę wprzód i

wykonujemy odczyt p1’ (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 p1’’(np. 1070)

zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys 6). Ponownie celujemy na łatę wstecz i

wykonujemy odczyt t1’’ (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:

'

'

'

∆ h = t − p = 1426 − 0849 = 0577

1

1

1

(1)

'

''

''

∆ h = t − p = 1648 −1070 = 0578

1

1

1

i zapisujemy wyniki obliczeń w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Jeżeli różnica między

przewyższeniami obliczonymi z wzorów (1) nie przekracza 2-3mm uśredniamy wartość

przewyższenia ∆ h = 0578 (zaokrąglając wynik do milimetra) i zapisujemy w dzienniku

1

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 t2’(np. 1726) i zapisujemy wynik w dzienniku pomiarowym

(rys.6). Następnie celujemy na łatę wprzód i wykonujemy odczyt p2’ (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 p2’’(np. 0975) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys 6).

Ponownie celujemy na łatę wstecz i wykonujemy odczyt t2’’ (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:

'

'

'

∆ h = t − p = 1726 −1150 = 0576

2

2

2

(2)

'

'

''

∆ h = t − p = 1552 − 0975 = 0577

2

2

2

i zapisujemy wyniki obliczeń w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Jeżeli różnica między

przewyższeniami obliczonymi z wzorów (2) nie przekracza 2-3mm uśredniamy wartość

przewyższenia ∆ h = 0576 (zaokrąglając wynik do milimetra) i zapisujemy w dzienniku

2

pomiarowym (rys. 6). W przeciwnym wypadku powtarzamy pomiar.

Jeżeli różnica między przewyższeniami otrzymanymi z niwelacji ze środka ∆ h = 0578 i

1

niwelacji wprzód ∆ h = 0576 ( ∆ h = ∆ h − ∆ h = 0578 − 0576 = 0002 ) nie przekracza 2-3mm

2

1

2

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 p2’’,

wykorzystując odczyt wstecz t2’’=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 ∆ h = 0578 ( przyjmujemy tą wartość za bezbłędną

1

ze względu na sposób niwelacji – niwelacja ze środka eliminuje błąd niepoziomości osi

celowej):

'

''

p = t − ∆ h = 1552 − 0578 = 0974

(3)

2

2

1

Po obliczeniu poprawnej teoretycznej wartości odczytu w przód nastawiamy siatkę

celowniczą niwelatora (poziomą kreskę siatki celowniczej) na obliczony odczyt p2’’.

Wykonujemy to za pomocą śrubek rektyfikacyjnych po zdjęciu osłony okularu lunety

niwelatora.

.

w

I pomiar

II pomiar

Średnia różnica

o

ść

ch

Uwagi i

Oznaczenie

o

y

g

w

wstecz t1

wstecz t2

wysokości

Wysokość

szkice,

reperów

łu

w przód p

w przód p

h

r stan

1

2

D

zestawienia

N

celo

(t1-p1)

(t2-p2)

+ -

1

2

3

4

5

6

7

8

Z 1

1426

1648

A

Z 2

40

0849

1070

+ 0577

+ 0578

0578

Z 1

5

1726

1552

B

Z 2

75

1150

0975

+ 0576

+ 0577

0576

Rys. 6. Fragment dziennika pomiarowego do niwelacji reperów.