CC BY
406
УДК 528.38.001.76:[528.54:681.3]
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛНЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫМИ НИВЕЛИРАМИ
Георгий Афанасьевич Уставич
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры инженерной геодезии и информационных систем, тел. (383) 343-29-55, e-mail: ystavich@mail.ru
Садуахас Аяшович Бабасов
ТОО «Технологический информационный центр» акимата г. Алматы, 050028, Республика Казахстан, г. Алматы, пр. Достык, 85, директор, тел. 8(727)272-39-79, e-mail: babasov@mail.ru
В статье рассматривается методика высокоточного нивелирования с применением новой программы наблюдений на станции. Ее применение позволит уменьшить время выполнения нивелирования на станции и, как следствие этого, уменьшить влияние перемещения системы «штатив-цифровой нивелир» на результаты измерений.
Ключевые слова: цифровой нивелир, методика нивелирования, перемещение штатива, источники ошибок.
SOME TECHNIQUES FOR HIGH-PRECISION DIGITAL LEVELING
Georgy A. Ustavich
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnog St., Ph.D., Prof., Department of Engineering Geodesy and Information Systems, tel. (383)343-29-55, email: ystavich@mail.ru
Sadukhas A. Babayev
Director, Technological Information Centre «Akimata», 85 Dostyk Pr., Almaty, 050028, tel. 8(727)272-39-79, e-mail: babasov@mail.ru
The techniques for high-precision leveling using a new observational program at the station are considered. This is to reduce both the leveling time at the station, and, as a result, the effect of "tripod - digital level" system displacement on measurements results.
Key words: digital level, leveling technique, tripod movement(displacement), sources of errors.
К настоящему времени при выполнении нивелирования всех классов начали применяться системы «цифровой нивелир-штрихкодовая рейка» [1-6]. Говоря о достоинствах цифровых нивелиров почему-то упускают из виду то обстоятельство, что одни из основных ошибок высокоточного нивелирования - перемещение штатива и костылей - остаются, независимо от способа отсчитывания по рейке (визуальный или электронный). В связи с этим задача ослабления влияния данных ошибок остается и при разработке технологии высокоточного нивелирования с применением цифровых нивелиров. Ведь точность нивелирования и его производительность зависит от
последовательности взятия отсчетов и их числа, а это, в свою очередь, - от числа прокладываемых линий. Так в настоящее время в России и Казахстане нивелирование I класса с применением нивелиров с оптическим микрометром выполняется по двум линиям, что позволяет получить на станции четыре превышения и шесть разностей d. Необходимо отметить и напомнить, что принятие еще в СССР технологии нивелирования I класса по двум линиям было обусловлено огромной территорией страны, а, следовательно, и десятками тысяч километром линий высокоточного нивелирования. Систематическое влияние перемещений штатива и костылей без разработки соответствующих мер по ослаблению этого влияния привело бы к крайне недопустимым величинам невязок. Для небольших по площади государства, например Польша, Голландия, Австрия Чехия, и т. д. эта проблема практически не существует и поэтому высокоточное нивелирование выполняется по одной линии с применением различных программ наблюдений на станции [7].
Применение для высокоточного нивелирования цифровых нивелиров и штрих-кодовых реек с односторонней шкалой также не приведет к увеличению влияния перемещения штатива и костылей на результаты измерений в этих государствах. Применительно же к территории России и Казахстана эта проблема остается и ее решение должно базироваться на сохранении двух линий нивелирования и измерении на станции четыре превышений в прямом и в обратном ходах. В связи с этим задача ослабления влияния данных ошибок остается и при разработке технологии высокоточного нивелирования с применением системы «цифровой нивелир -штрихкодовая рейка».
Основной причиной перемещения штатива во время выполнения измерений является его выпирание или оседание в зависимости от типа грунта, на котором он устанавливается. Так на мягких грунтах (песок, болото) штатив оседает, а на твердых он, в основном, выпирается. На перемещение штатива значительное влияние оказывает вес наблюдателя во время перемещений вокруг штатива. Так, при применении существующей программы наблюдений I класса наблюдатель пять раз изменяет свое положение относительно нивелира. Так как измерения начинаются с правой линии и заканчиваются левой линией нивелирования, то из-за перемещения штатива результаты по правой линии, как известно, практически всегда несколько хуже, чем по левой. Это обусловлено тем, что к моменту начала наблюдений по левой линии положение штатива в значительной степени уже стабилизируется. Обширными исследованиями ЦНИИГАиК [8], а также исследованиями других авторов установлено, что кроме вида грунта на смещение штатива существенное влияние оказывает перемещение наблюдателя вокруг штатива в процессе взятия отсчетов по рейкам.
Для уменьшения количества перемещений наблюдателя вокруг штатива (до трех) автор работы [9-11] применительно к оптическим нивелирам предложил программу наблюдений, которая предусматривает выполнение нивелирования совместно по правой и левой линиям. Эту программу
наблюдений можно назвать, по аналогии с угловыми измерениями, способом круговых приемов. Взятие отсчетов по рейкам производится сначала по ходу часовой стрелки, начиная с правой линии, а затем против ее хода, начиная также с правой линии: Зоп, Зол, Пол, Поп - первый полуприем, Пдп, Пдл, Здл, Здп -второй полуприем.
Применительно к цифровым нивелирам эту программу можно записать следующим образом (рис. 1):
- на нечетной станции (рис. 1, а, б) ЗП, ЗЛ, ПП, ПЛ (первый горизонт); ПЛ, ПП, ЗП, ЗЛ - (второй горизонт);
- на четной станции (рис. 1, в, г) ПП, ПЛ, ЗЛ, ЗП - (первый горизонт); ЗП, ЗЛ, ПП, ПЛ (второй горизонт).
Такая последовательность взятия отсчетов симметрична во времени и при ее применении наблюдатель также три раза изменяет свое положение относительно нивелира. Полученные результаты нивелирования по правой и левой линиям будут равноточными, так как отсчитывание по рейкам каждой из линий производится поочередно.
Рис. 1. Последовательность взятия отсчетов по штрихкодовым рейкам
при способе круговых приемов
Учитывая тот факт, что отсчеты по рейкам не содержат субъективных ошибок, то измерения можно производить также без изменения горизонта инструмента. В этом случае повторные отсчеты по задней рейке правой линии (нечетная станция) и по передней рейке правой линии (четная станция) будет своего рода замыканием горизонта. Если во время выполнения измерений положение штатива не изменилось, то повторные
отсчеты Зп и Пп на нечетных и четных станциях должны быть одинаковы в пределах точности измерений. Это является дополнительным контролем на станции качества выполнения высокоточного нивелирования, особенно на неустойчивых грунтах.
Применение данной программы измерений позволяет внести некоторое изменение в схему проложения правой и левой линии нивелирования I класса. Эти изменения позволят контролировать качество измерений непосредственно в полевых условиях и при необходимости произвести повторные измерения на небольшом участке. Сущность этого изменения заключается в закреплении (установлении) через каждые 2-5 нивелирных станций общей для двух линий переходной точки, что позволяет образовывать небольшие полигоны по всему ходу нивелирования (рис. 2).
о
3
а)
о о
4 п
б)
Ф
Кр2
А'л
/\/\ XXX
а\ /¿X -/с
А'п
Вл В'л
Вп В'п
Ф
в) ::
Ал А'л
А"л
X
Ъ
X
С
Ап А'п
А"п
Вл В'л В"л
Вп В'п В"п
о
3
г)
о о 4 п
<3
Яр2
Ал
Вл
Сл
«СГХ
Яр1
Ыл
Ап
Вп
Сп
1Мп
^ Кр2
Рис.2. Схемы выполнения нивелирования I класса способом полигонов:
1, 2, 3, ..., п - закрепленные общие переходные точки; А, В, ..., N - точки установок реек по правой и левой линиям;
а, Ь, с, ..., п - нивелирные станции
Например, если через две нивелирные станции закреплять общие переходные точки, то будет образовываться полигон, состоящий из четырех превышений (рис. 2, а), если через три станции, то состоящий из шести превышений (рис. 2, б) и т.д. В результате этого нивелирный ход между реперами Rp1 и Rp2 (рис. 2, г) будет состоять из небольших полигонов. Если, например, в полигоне между переходными точками 1-2 невязка оказалась выше принятого допуска, то, не возвращаясь к реперу Rp1, между этими точками 1-2 измерения повторяются. Переходные точки удобно закреплять деревянными кольями длиной 4-50 см с вбитыми гвоздями. При обратном ходе эти переходные точки используются снова, без обязательного изменения их положения. Применительно к условиям Казахстана, где имеются обширные песчаные районы, этот способ закрепления переходных точек наиболее оптимальный.
Наиболее оптимальным полигоном будет полигон, состоящий из четырех-пяти нивелирных станций (рис. 2, в). В этом случае на 1 км нивелирного хода таких полигонов в зависимости от рельефа местности будет 3-5.
Результаты нивелирования по правой и левой линиям будут независимы, так как на переходных точках рейки поочередно устанавливаются так же, как и на костылях и число отсчетов одинаковое.
Данная схема нивелирных ходов без нарушения требований существующей инструкции уже сейчас может применяться на геодинамических полигонах, где измерения производятся циклически и переходные точки, как правило, сохраняются длительное время.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шалыгина Е. Л. Цифровое нивелирование - основные источники ошибок // Геодезия и картография.- 2005. - № 5. - С. 15-17.
2. Разработка и совершенствование технологии инженерно-геодезического нивелирования тригонометрическим способом / Г. А. Уставич, М. Е. Рахымбердина, А. В. Никонов,
С. А. Бабасов // Геодезия и картография . - 2013. - № 6. - С. 17-23.
3. Создание геодезической основы для строительства объектов энергетики / Г. А. Уставич, Г. Г. Китаев, А. В. Никонов, В. Г. Сальников // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2013. - № 4/С. - С. 48-54.
4. Уставич Г. А., Ямбаев Х. К. Методика проведения внеочередной поверки системы «цифровой нивелир + штрих-кодовая рейка» // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. -2013. - № 6. - С. 8-13.
5. Никонов А. В. Исследование точности тригонометрического нивелирования способом из середины с применением электронных тахеометров // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 2 (22). - С. 26-35.
6. Никонов А. В. Исследование точности тригонометрического нивелирования способом из середины при визировании над разными подстилающими поверхностями // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 3 (23). - С. 28-33.
7. Мещерский И. Н. О последовательности отсчетов на станции при высокоточном нивелировании // Геодезия и картография. - 1978. - № 6. - с. 32-34.
8. Энтин И. И. Высокоточное нивелирование // Труды ЦНИИГАиК. - 1956. - Вып.
9. Конопальцев И. М. К вопросу об улучшении способа геометрического нивелирования // Изв. вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка.- 1966.- № 4.- С. 61-71.
10. Уставич Г. А., Шаульский В. Ф., Винокурова О.И. Разработка и совершенствование технологии государственного нивелирования I, II, III и IV классов // Геодезия и картография. - 2003. - № 7. - С. 10-15; № 8. - С. 5-11.
11. Уставич Г. А. О совершенствовании технологий нивелирования // Геодезия и картография. - 2005. - № 3. - С. 11-13.
© Г. А. Уставич, С. А. Бабасов, 2014
