Nivelman

Nivelman (strogo geodetski) ili nivelacija je grana geodetskog premjera, u širem smislu niže geodezije, čiji je cilj utvrđivanje, provjera ili mjerenje visina određenih tačaka u odnosu na definisani geodetski datum. Dosta se koristi u kartografiji za mjerenje geodetskih visina,a u građevinarstvu za mjerenje visinskih razlika građevinskih artefakata.

Član osoblja Centra za operativne okeanografske produkte i usluge (Center for Operational Oceanographic Products and Services) sprovodi nivelman veznih stanica uz podršku Inženjerskog korpusa američke vojske u Ričmondu, Mejn (SAD)

Optički ili standrdni nivelman

Oznake na nivelmanskoj letvi koje se opažaju kroz končanicu durbina nivelira. Gornja oznaka je na 1500 mm, a donja na 1345 mm. Rastojanje između oznaka je 155 mm, što daje udaljenost od šipke od 15,5 m.

Optički nivelman koristi optički ili obični nivelir koji se sastoji od preciznog durbina sa končanicama, ili precizno nanesenim linijama presjeka na staklo durbina, i oznakama na nivelmanskoj letvi. Linije končanice se koriste za utvrđivanje referentne tačke na cilju nivelanja,tj. na letvi, a oznake na letvi omogućavaju pronalaženje dometa, koji su obično u omjeru 100:1, a u tom slučaju jedan metar između oznaka mjere na nivelmanskoj letvi predstavlja 100 metara od mjesta na kojem se nalazi nivelir. Nivelir, ili instrument za precizno mjerenje viniskih razlika, je upravno postavljen na stativ, a durbin se može slobodno okretati za 360° u horizontalnoj ravni. Geodeta podešava nivo instrumenta grubim podešavanjem nogu stativa i finim podešavanjem pomoću tri precizna zavrtnja za nivelisanje na instrumentu kako bi slobodna ravan nivelira postala horizontalna. Geodeta to radi pomoću nivoa libele ugrađene u nosač instrumenta. Geodeta gleda kroz okular durbina i vizira metu na letvi, dok figurant drži letvu, koju pokušava da dovede do što preciznijeg vertikalnog položaja uz pomoć libele, koja je gradirana u inčima ili centimetrima. Nivelmanska letva postavljena je vertikalno pomoću libele, na postolju za letvu, koje je od izlivenog metala za potrebnu stabilnost i preciznost mjerenja. Durbin se rotira i fokusira sve dok nivelmanska letva nije jasno vidljiva u optičkom prostoru končanice durbina. U slučaju kada je centrisanje visoke tačnosti, fino podešavanje se visinskim zavrtnjem, izvodi se pomoću mjehurića libele visoke tačnosti, koji je fiksiran na durbinu. To se može vidjeti ogledalom tokom podešavanja ili tako što krajevi mjehurića se prikazažu na durbinu, što takođe omogućava sigurnost preziznog nivelisanja nivelira dok se snima. Međutim, u slučaju automatskog postupka horiznotisanja, podešavanje lokalnog horizonta vrši se automatski pomoću viseće prizme usljed gravitacije, sve dok je centrisanje tačno u određenim granicama. To se naziva horizontisanje pomoću kompenzaotra. Kada se nivo izjednači, evidentira se čitanje na mjernoj letvi na nišanu i postavlja se identifikaciona oznaka ili obilježivač gde se letva oslanja na predmet ili položaj koji se ispituje.

Postupak linearnog ili klasičnog nivelmana

Dijagram koji prikazuje odnos između nivelmanksih letvi na dva nivoa, prikazan kao 1 i 3. Linija vizure je predstavljena brojem 2.

Tipičan postupak za linearni nivelman od poznatog datuma je sljedeći. Postavite instrument na 100 metara od poznate tačke ili repera. Letva se drži vertikalno na toj tački i instrument se koristi ručno ili automatski za očitavanje skale nilevmanske letve. Ovaj postupak daje nam visinu instrumenta iznad početne (letva nazad) tačke i omogućava izračunavanje visine instrumenta Hi iznad referentne tačke. Zatim se letva drži na nepoznatoj tački i na isti način se vrši očitavanje, što omogućava izračunavanje nadmorske visine nove (predviđajuće) tačke. Postupak se ponavlja dok se ne dođe do tačke odredišta. Uobičajena je praksa da se izvede kompletna linija nivelmana natrag do početne tačke ili se zatvara linija na nekoj drugoj tački čija je nadmorska visina već poznata. Provjera zatvaranja štiti od grešaka u ovom postupku i omogućava da se preostale greške distribuiraju metodom najmanjih kvadrata ili nekom drugom metodom među stanicama.

Neki instrumenti imaju tri poprečne crte končanice koje omogućavaju da se mjere daljine napred i nazad. Onietakođe omogućavaju upotrebu prosjeka tri očitavanja kao provjeru grešaka i za prosječavanje greške interpolacije između oznaka na skali letve.

Dva glavna tipa nivelisanja su nivelisanje bez promjene visine instrumneta kao što je već opisano i dvostruko nivelisanje. U dvostrukom nivelisanju, geodet mjenja visinu insturmenta i tako uzima dva seta mjerera (2 napred i 2 nazad) i osigurava da razlika između mjerena napred-nazad u 2 položaja nivelira zadovoljava dozvoljenu razliku preciznog nivelmana, čime se smanjuje količina greške. Dvostrusko nivelisanje ili precizni nivelman košta dvostruko više vremena od prosto nivelisanja ili geometrijskog nivelmana. Treba napomenuti da razlika ova dva postupka je očigledna u nivou tačnosti, stoga se prema definisanim kriterijumima investitora treba opredijeliti za potrebni postupak mjerenja.

Umetanje eksentrične tačke

U geodetskom premjeru česta je praksa umetanja ekscentrične tačke, pogotovo kada se prema planu dve tačke ne dogledaju, tj. linija vizure je prekinuta. Ovo se koristi kako u polignoskom vlaku, tako i u postupku nivelmana. Umetanje ekscentrične tačke je termin koji je uvriježen za ove svrhe u geodeziji.

Da bi se mjerilo pomoću ekscentrične tačke, prvo morate uzeti očitanje i zabilježiti nadmorsku visinu tačke na kojoj se nalazi nivelmanska letva. Dok se letva drži na potpuno istom mjestu, nivelir se premješta na novo mjesto gdje je letva i dalje vidljiva. Novo očitavanje se uzima sa nove lokacije nivelira i visinska razlika se koristi za pronalaženje nove visine tražene tačke. To se ponavlja sve dok se serija mjerenja ne završi.

Nivo nivelira mora biti horizontalana da bi se dobilo valjano mjerenje, jer se kao datum za nivelmanska mjerenja koristi geoid. Zbog toga, ako je horizontalni poprečni instrument instrumenta niži od osnove letve, geodeta neće moći da vidi letvu i izvrši očitavanje. Zbog toga su nivelmanske letve prilično dugačke.

Refrakcija i zakrivljenost Zemlje

Zakrivljenost Zemlje znači da će linija vizure,koja je horizontalna, instrumenta biti veća i viša iznad sferoida na većim udaljenostima. Efekat može biti beznačajan za neke radove na rastojanjima manjim od 100 metara. Iz razloga što se instrument horiznotište i što su linije dogledanja prilično kratke (za potrene geometrijskog nivelmana najviše do 100 metara), ovaj uticaj je prilično beznačajan.

Linija vizure je vodoravna i prolazi kroz durbi instrumenta, tangirajući na rezultatnu sile gravitacije, ali nije ravna zbog atmosferske refrakcije. Promjena gustine vazduha sa nadmorskom visinom dovodi do toga da se vidna linija savija prema površi Zemlje.

Kombinovana korekcija za refrakciju i zakrivljenost je približno jednaka:

$\Delta h_{m}=0.067D_{km}^{2}$ ili $\Delta h_{feet}=0.021\left({\frac {D_{ft}}{1000}}\right)^{2}$

Za precizan nivelman potrebno je izračunati ove efekte i primjeniti potrebne korekcije. Za većinu posla dovoljno je držati se udaljenosti opažanja napred i nazad, i pokušati rastojanje između nivelira i letvi ujednačiti kako bi se efekti prelamanja i zakrivljenosti poništili. Refrakcija je uglavnom najveći izvor grešaka u nivelmanu. Za kratke linije vizure uticaji temperature i pritiska su uglavnom beznačajni, ali efekat gradijenta temperature dT / dh može dovesti do grešaka.

Zatvaranja nivelmanskog vlaka i gravitacione varijacije

Pod pretpostavkom da mjerenja su vršena bez grešaka,i pretpostavljajući da je Zemljino gravitaciono polje bilo potpuno pravilno i da je vektor sile teže konstantan, nivlemanski vlakovi za izravnavanje bi se uvijek tačno zatvarali:

$\sum _{i=0}^{n}\Delta h_{i}=0$

Drugim rječima, ako krenemo od jedne tačke i vratimo se na nje, visinska razlika je 0.

U realnom gravitacionom polju Zemlje to se dešava samo približno; na malim nivelmanskim vlakovima tipičnim za inženjerske projekte, zatvaranje nivelmanskog vlaka je blisko nuli ili zanemarljivo odstupa od nule, ali na većim vlakovima koje pokrivaju regione ili kontinente, ovaj uticaj je i te kako izažajan.

Umjesto visinskih razlika, geopotencijalne razlike se koriste oko nivelmanskih vlakova visoke tačnosti:

$\sum _{i=0}^{n}\Delta h_{i}g_{i},$

gdje $g_{i}$ označava vektor sile gravitacione teže u intervalu nivelacije i . Za mreže visko-tačnog nivelisanja na nacionalnom ili internaconalnom nivou, potrebno je koristiti potonju formulu.

$\Delta W_{i}=\Delta h_{i}g_{i}\$

gdje se trebaju koristiti u svim proračunima, koristeći geopotencijalne vrijednosti $W_{i}$ za repere nilelmanske mreže.

Instrumenti

Stariji instrumenti

Obični nivelir razvio je engleski građevinski inženjer Viljem Gravat, istražujući trasu predložene željezničke pruge od Londona do Dovera. Kompaktniji, a samim tim i robusniji i lakši za transport, obično se vjeruje da je nivelisanje pomoću običnog nivelira manje tačnije od drugih vrsta nivelanja, ali to nije slučaj. Nivelanje sa običnim nivelirom zahtjeva kraće, a samim tim i brojnije setove mjerenja, ali ovaj iscrpan postupak se nadoknađuje praksom da se niveanja napred-nazad ujednače.

Precizni nivelir često je korišten za velike projekte nivelanja, gdje je bila potrebna najveća tačnost. Oni se razlikuju od ostalih nivelira po tome što imaju vrlo preciznu cijev za libelu i podešavanje mikrometra za podizanje ili spuštanje vizure tako da se ukrštanje može podudarati sa linijom mjere na nivelmanskoj letvi i nije potrebna interpolacija.

Automatski nivelir

Automatski nivelir koristi kompenzator koji osigurava da linija vizure ostane horizontalna nakon što operater grubo centriše instrument i onda izravna nivo instrumenta (nivo komenzacije se kreće i 3 stepena). Geodeta brzo postavlja instrument i ne mora ga pažljivo rektifikovati svaki put kada premješta instrument. Takođe smanjuje efekat manjeg slijeganja stativa na stvarnu količinu pokreta, umjesto da poveća nagib na daljinu vidljivosti. Za fino podešavanje instrumenta koriste se zavrtnjevi.

Laserski nivelman

Laserski niveliri projektuju snop koji je vidljiv i / ili prepoznatljiv pomoću senzora na letvi za nivelisanje. Ove letve su posebno pravljene i zovu se još i bar-kod letve, jer je za njih potreban i poseban program za očitavanje, koji je poznat samo proizvođaču. Ova vrsta mjerenja se široko koristi u građevinskim radovima, ali ne i za preciznije kontrolne radove. Prednost je u tome što jedna osoba može samostalno izvesti nivelanje, dok je za druge tipove potrebna jedna osoba za instrument i jedna koja drži letvu.