1.2. Приборы для измерения превышений

К классическим видам геодезических измерений относится нивелирование − определение разности высот (превышения) между точками физической поверхности Земли. Если превышения определяют с помощью горизонтального визирного луча, то такое нивелирование называют геометрическим. Прибор, задающий горизонтальный визирный луч, называется нивелиром. Тригонометрическим называют нивелирование наклонным визирным лучом, когда превышение вычисляют по измеренному углу наклона и измеренному или вычисленному расстоянию. Его выполняют с помощью теодолита или тахеометра. Геометрическое и тригонометрическое нивелирование выполняют с помощью геодезических приборов. Кроме инструментальных методов, связанных с классическими геодезическими измерениями, разность высот между точками земной поверхности также может быть определена с использованием физических законов и явлений. Так, на свойстве жидкости занимать одинаковое положение в сообщающихся сосудах основано гидростатическое нивелирование. Зависимость атмосферного давления от высоты точки над уровнем моря используется при выполнении барометрического нивелирования, когда превышение между точками определяют с помощью барометров.

Основным методом определения разности высот точек земной поверхности в геодезической практике считается геометрическое нивелирование с использованием нивелира и реек.

Традиционно нивелиры классифицируют по точности и способу приведения линии визирования в горизонтальное положение. Критерием точности нивелирования служит средняя квадратическая ошибка mh определения превышения на 1 км двойного хода. Согласно ГОСТ 19528-90 по точности нивелиры подразделяют на высокоточные (0,3 мм ≤ mh ≤ 0,5 мм),  точные   (2 мм ≤ mh ≤ 3 мм)   и  технические   (5 мм ≤ mh ≤ 10 мм).

Кроме того, в зависимости от способа приведения линии визирования прибора в горизонтальное положение, различают уровенные нивелиры и нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования, или нивелиры с компенсатором. У первого типа нивелиров линия визирования перед отсчитыванием приводится в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню при зрительной трубе. Для нивелиров с компенсатором линия визирования принимает горизонтальное положение автоматически после приведения оси прибора в отвесное положение с ошибкой в 5-10′. Поэтому такие нивелиры называют еще автоматическими.

Большинство современных нивелиров являются автоматическими или с самоустанавливающейся линией визирования, т.к. они имеют компенсатор в своем устройстве. В качестве компенсаторов в автоматических нивелирах используется особые «чувствительные» элементы, положение которых устанавливается под действием силы тяжести. По виду различают компенсаторы маятниковые, жидкостные и уровенные. То или иное физическое устройство для компенсации угла наклона визирной оси нивелира используется как в виде самостоятельного элемента, так и в комбинации с оптическими и оптико-механическими деталями.

Согласно ГОСТ 19528-90 у отечественных оптических нивелиров маркировка прибора состоит из буквы «Н», и цифры, указывающей величину mh: Н-05, Н-1, Н-3, Н-5. Если нивелир снабжен компенсатором или лимбом горизонтального круга, то в маркировку добавляется соответственно буква «К» и (или) «Л». Модификация прибора указывается перед буквой «Н», например: 3Н-5Л, 3Н-3КЛ, 4Н-2КЛ (рисунок 1.1).

Особенностью нивелира как геодезического прибора является то, что измерение (отсчитывание) выполняется по шкале, вынесенной за прибор. Поэтому в зависимости от способа снятия отсчетов различают нивелиры оптические, когда отсчеты берутся наблюдателем визуально, и цифровые (электронные или кодовые), снабженные особым фотоприемным устройством, позволяющим автоматизировать отсчитывание по специальной штрих-кодовой шкале [1, 2, п. 8.3]. Фактически цифровой нивелир является комбинированным прибором, объединяющим светодальномер диффузного типа, оптический нивелир, устройство для распознавания изображения специального кода на шкале, микропроцессор для вывода и хранения измерительной информации − отсчета по шкале и расстояния от прибора до шкалы (рисунок 1.2, а).

Рисунок 1.1 – Нивелиры 4Н-2КЛ и 4Н-3КЛ

Рисунок 1.2 – Нивелиры: а) цифровые, б) лазерные

Замена зрительной трубы нивелира на оптический квантовый генератор (лазер) привела к появлению еще одного типа нивелиров − лазерных [1, 2, п. 8.4]. Такие приборы задают видимую визирную линию или плоскость. При пересечении с препятствием прибор дает световое пятно в виде колец дифракционной решетки. В отличие от оптических и цифровых нивелиров, лазерные нивелиры для определения превышений практически не используются. Такие приборы находят применение при выполнении строительных работ внутри помещений, при вертикальной планировке, для автоматизации контроля рабочих органов строительных машин и механизмов и т.п. (рисунок 1.2, б).