Физические методы нивелирования

Существуют различные способы физического нивелирования, основанные на использовании физических законов и измерении соответствующих физических величин.

Барометрическое нивелирование. Основано на использовании зависимости между атмосферным давлением и высотой точек мест­ности. Используется для определения превышений в гористой местности и в тех случаях, когда приемлемо определение высот с

пониженной точностью. Задача состоит в одновременном измере­нии атмосферного давления в двух точках. Зависимость атмосфер­ного давления от высоты над уровнем моря и ряда метеорологи­ческих условий в момент измерений описывается полной баро­метрической формулой, которую предложил еще П.Лаплас.

Однако на практике пользуются более простыми эмпириче­скими формулами М. В. Певцова и Бабине.

Рабочая формула Певцова выведена для широт в 55° и среднего давления 740 мм рт. ст.:

∆h = 1874(1 + 0,003 665 t)P₁ / Р ₂,

где P₁ и P₂ -давление атмосферы в точках 1 и 2; t - температура воздуха.ля измерения атмосферного давления применяют барометры. Они бывают ртутные, безжидкостные пружинные, или баромет­ры-анероиды, и дифференциальные. Наиболее точные результаты дают ртутные барометры, но они неудобны для полевых работ. Одновременно с давлением измеряют и температуру воздуха термометром-пращем.

На практике по сокращенным формулам вычисляют данные, по которым составляют барометрические таблицы, используемые при определении высот. Все расчеты делают от уровня моря, по­этому их можно считать абсолютными. Получаются они прибли­женными, с достаточно большой погрешностью, так как остают­ся неизвестными температура воздуха и давление на уровне море в момент нивелирования.

Расчеты можно производить, основываясь на знании так на­зываемой барометрической ступени. Барометрической ступенью называют расстояние (в м) по высоте, которое соответствует изменению давления на единицу измерения, например 1 мм рт. ст. Величина барометрической ступени зависит от давления воздуха и температуры, поэтому необходимо вводить соответствующие поправки.

Атмосферное давление измеряют, как уже было сказано, при­борами двух типов: ртутными барометрами, которые устанавли­ваются стационарно, например, на метеостанциях, и барометра­ми-анероидами, которыми на по

Рис. 44 Микробарометр фирмы «Аккаша»

Барометры градуируются в миллибарах (мбар) или миллимет­рах

ртутного столба (мм рт. ст.). Некоторые анероиды градуирова­ны.

Барометрическое нивелирование выполняется в виде замкну­тых или двойных (туда и обратно) ходов. За исходную или опор­ную точку по возможности выбирают метеостанцию, на которой систематически ведется наблюдение за атмосферным давлением. Работу осуществляют с помощью одного, но чаще двух анероидов и более. Барометр-анероид требует аккуратного обращения на марш­руте. Чтобы гарантировать выполнение работы, в маршрут берут несколько приборов.

Первое и последнее измерения давления производят на опор­ном пункте. Если это метеостанция, показания анероидов сверя­ют со стационарным барометром. Если опорный пункт выбран произвольно, один из анероидов остается на нем вместе с наблю­дателем, который должен вести систематическое наблюдение за ходом атмосферного давления каждые 15 — 20 мин. Прокладка всего хода не может быть растянута на длительное время, так как при этом ошибка определения высот возрастает. Обычно длительность хода рассчитана на 3—4 ч, чтобы достаточно точно учесть при­родные изменения давления и температуры воздуха.

Современные приборы барометрического нивелирования по­зволяют при благоприятной погоде и хороших условиях хранения приборов при переноске, заботе об их сохранности в пути опре­делять превышения точек местности с точность 0,5 м и выше.

3.

Гидростатическое нивелирование. Основано на свойстве жид­кости устанавливаться в сообщающихся сосудах на одном уров­не. Например, превышение h между точками А и В получается по разности высот столбов жидкости а и b в сообщающихся сосу­дах: h = а- b (рис. 45). Обычно на стенках сообщающихся сосу­дов имеются шкалы с делениями. Этот метод позволяет опреде­лять превышения между точками при отсутствии взаимной ви­димости, но измеряемые превышения не должны быть больше размера сосудов, соединенных шлангами. Современные конст­рукции гидростатических нивелиров бывают самые разнообраз­

Рис. 45. Гидростатическое нивелирование:1 — горизонт жидкости; 2 — горизонт точки А; 3 — горизонт точки В

ные и позволяют замерить превышение между точками с точностью до десятых и даже сотых долей миллиметра.

Спутниковое нивелирование. Основано на определении коорди­нат точек местности или высот водной поверхности с использо­ванием глобальных спутниковых систем. В зависи­мости от применяемых технологий и спутниковых приемников координаты могут определяться с точностью 1 м до сантиметров и точнее.

Нивелирование механическими приборами. Механические при­боры применяют для быстрого нивелирования невысокой точно­сти. Они обычно автоматически вычерчивают профиль местности или показывают отметки отдельных высот. Действие таких меха­низмов основано на применении отвеса-маятника, который в процессе движения остается в вертикальном положении. Такие нивелирные системы монтируются на каком-либо транспортном средстве. Из отечественных следует отметить нивелир-«автомат» М.Артанова, смонтированный на двухколесном велосипеде без надувных шин. Был также сконструирован высотомер такого типа, установленный на автомашине.

Такие приборы были поставлены на двух советских «лунохо­дах». Автоматы позволяли определять профиль трассы луны и на­клон местности от нее вправо и влево.

Аэрорадионивелирование. Данный метод заключается в опреде­лении превышений точек земной поверхности с помощью радио­высотомера, поставленного на летательных аппаратах-самолетах. В полете одновременно измеряется высота полета (обычно высо­ты фотографирования) радио- или лазерным высотомером и ве­дется запись разности высот точек трассы полета (точек, в кото­рых выполняют фотографирование) так называемым дифферен­циальным барометром-статоскопом. Показания статоскопа позво­ляют судить о наклоне изобарической поверхности, т. е. система­тическом изменении естественного давления вдоль трассы поле­та, и учесть это при вычислениях высот.

Стереофотограмметрический метод. Этот метод позволяет на ос­нове обработки пары снимков одного и того же места, полученных в двух точках, определять превышения между точками. Точность метода зависит от масштаба снимков, технологии их обработки и других причин.

Дата добавления: 2014-01-06