SPŠ STAVEBNÍ České Budějovice GEODÉZIE STA NIVELACE VÝŠKOVÉ MĚŘENÍ A VÝŠKOVÉ BODOVÉ POLE JS

Transkript

1 SPŠ STAVEBNÍ České Budějovice GEODÉZIE STA NIVELACE VÝŠKOVÉ MĚŘENÍ A VÝŠKOVÉ BODOVÉ POLE JS

2 NIVELACE - úvod NIVELACE je měření výškového rozdílu od realizované (vytyčené) vodorovné roviny Provádí se pomocí nivelačního přístroje - hovorově niveláku a s využitím měřických latí NIVELACÍ lze naměřit pouze výškový rozdíl!!! rozlišujeme přesnost měření vybavení, metody i výstupy jsou zcela oddělené od geodetického měření polohy

3 Výška H (Bpv) prostorový souřadnicový systém X, Y, Z (geocentrický, nepoužívá se pro naše potřeby) rovinný souřadnicový systém Y, X (v S-JTSK) doplněný výškou H v systému Bpv Hje absolutní výška nivelačním měřením zjišťujeme převýšení = výšk. rozdíl mezi dvěma body Δh = relativní výšku.

4 Pomůcky pro měření nivelace nivelační přístroj - nivelák stativ (postačí lehký, nivelační; pro přesnou nivelaci s pevnýma nohama) nivelační lať nivelační podložka měřické pásmo (pro přesnou nivelaci) zápisník pro záznam měření

5 Nivelační přístroje pro technickou nivelaci

6 Nivelační přístroje pro přesnou nivelaci

7 Nivelační latě

8 Nivelační lať pomůcka k odečítání převýšení hlavním prvkem latě je stupnice (dílky metrické nebo čárový kód) patka -spodní část latě, která stojí na bodě použitý materiál: dřevo, plech, invarový pásek délka 2 m, 3 m, 4 m, 1 m speciální aj. stupnice pro čtení okem má různou podobu, aby byla zřetelná pozor na správné zacházení s latí!

9 Nivelační latě -provedení přizpůsobení latí podle přesnosti nivelační metody: pro nivelaci nižší přesnosti: - jsou skládací nebo vysouvací - nemusí mít libelu ani držadla pro nivelaci vyšší přesnosti: -jsou pevné nebo (u 4 m latě sklopné napůl) - opatřeny krabicovou libelou - opatřeny držadly, opěrkami -vyšší nároky na komparaci latě v servisu

10 Nivelační podložka ŽÁBA

11 Nivelační podložka Nivelační lať nelze stavit přímo na terén Ideální stav je míti na přestavových bodech (místech postavení latě) pevný výstupek (hřebík, hřeb). To ale běžné není použití podložky Všechny podložky mají výstupek a držadlo Podložka se vždy zašlapuje a) lehká podložka pro technickou nivelaci b) těžší litinová pro přesnější měření c) hřebová podložka

12 Nivelační zápisník

13

14

15 Nivelační přístroj základní popis geodetický přístroj pro měření výškových rozdílů upevnění šroubem na stativ hl. část přístroje je DALEKOHLED, který se při nivelaci otáčí pouze podle svislé osy přístroj je podle libely urovnán do vodorovné polohy a osa dalekohledu pak pevně vytyčuje (realizuje) vodorovnou rovinu v dalekohledu je viditelný ryskový kříž (vodorovná ryska) měření převýšení spočívá v odečtení hodnoty výškového rozdílu na nivelační lati (index)

16 Nivelační přístroj -rozdělení podle zdroje světla: podle způsobu odečítání: podle přesnosti: optické laserové vizuální (optické) automatické (digitální, čárový kód s registrací měření) velmi přesné přesné technické s nižší přesností

17 optický X digitální nivelační přístroj optický (vizuální) odečítání hodnoty převýšení na lati okem pohledem do dalekohledu pomocí indexu (pro rychlou krátkou nivelaci / přenesení výšek na stavbě naprosto dostačující) digitální (automatický) čtení na lati s čárovým kódem elektronickým okem - CCD kamerou a ukládáním do paměti (registrace dat) eliminace chyb. Přístroj dokáže automaticky při každém čtení na lati určit i vodorovnou vzdálenost (s přesností cca 5 mm/10m) Oba typy existují ve variantách pro technickou i přesnou nivelaci

18 Vnitřní schéma optického přístroje pro přesnou nivelaci

19 NIVELACE vedení nivelačního pořadu standardně mezi známými body A, B určujeme výšky mezilehlých bodů nebo nivelace volná (konec na neznámém bodě, jehož výšku určujeme) uzavřený pořad (A=B)

20 Nivelační metody Geometrická nivelace kupředu prakticky nepoužívaná metoda (pracnost, nutnost stabilizace všech bodů a měření výšky přístroje)

21 Nivelační metody Geometrická nivelace ze středu je nejpřesnější, nejužívanější a přitom nejjednodušší metodou ΔH AB = H B H A = A z - B p nivelační sestava = jedno postavení niv. přístroje a dvojice latí

22 Geometrická nivelace ze středu nadále budeme říkat jen NIVELACE více nivelačních sestav dává dohromady nivelační oddíl: body 1, 2,.. n = přestavové body

23 NIVELACE princip, popis a zásady metody směr měření určuje znaménko výsledného převýšení název a pořadí čtení vzad (z, back, B) a vpřed (p, forward, F) odpovídá směru měření a zápis každého z nich má v své pevné místo v zápisníku postavení nivelačního přístroje se nestabilizuje sudý počet sestav sestavy mají omezenou délku (záleží na převýšení a požadavku na přednost; 40 až 100 m) nivelační oddíl mezi dvěma stabilizovanými body oddíly potom tvoří nivelační pořad

24 NIVELACE popis metody

25 Když hovoříme o známých bodech

26

27

28 NIVELACE princip, popis a zásady metody nivelační pořad by měl být přímý pokud nutno, porušit na přestavovém bodě, ne v postavení stroje! nivelační měření se provádí 2x TAM a ZPĚT (obousměrná nivelace) (dvakrát měřené převýšení) kontrola se provádí: 1) porovnáním nanivelovaného převýšení tam a zpět - musí splňovat podmínku: Δh TAM-ZPĚT < mezní odchylka 2 Δmax mm (výjimka TN mezi známými body) 2) porovnáním nanivelovaného převýšení Δh NIV s převýšením daným ΔH AB (rozdíl známých výšek výchozího a koncového bodu) musí být splněno: δ = ΔH AB - Δh NIV < mezní odchylka 1 Δmax mm

29 druhy NIVELACE technická nivelace (TN) - nejběžnější druh nivelace přesná nivelace (PN) velmi přesná nivelace (VPN) zvlášť přesná nivelace (ZPN) každá z metod má své nároky na parametry vybavení, postup, zásady

30 Technická nivelace základní přesnosti (TN) mezní odchylka: 1 Δmax mm = 40 L (δ = ΔH AB - Δh NIV km ) 2 Δmax mm = 0,67.40 L km (Δh TAM-ZPĚT ), kde L km je délka pořadu v km nároky: přístroj s dalekohledem se zvětšením alespoň 16x aj. latě mohou být skládací, zasouvací, nemusí mít libelu délka záměr až 120 m, záměry se nerozměřují, pouze krokují

31 Technická nivelace zvýšené přesnosti touto metodou budeme měřit na cvičení (praxi) mezní odchylka: 1 Δmax mm = 20 L (δ = ΔH AB - Δh NIV km ) 2 Δmax mm = 0,67.20 L km (Δh TAM-ZPĚT ), kde L km je délka pořadu v km nároky: přístroj s dalekohledem se zvětšením alespoň 16x aj. latě by měly být nejlépe celistvé vybavené krabicovou libelou délka záměr max. 80 m, lépe m, záměry se pečlivě krokují při použití páru latí musí být sudý počet sestav výška záměry nad terénem alespoň 0,3 m nivelační oddíl se měří vždy 2x TAM a ZPĚT

32 Přesná nivelace (PN) užití např. při měření deformací stavebních objektů dělí se do dvou kategorií podle požadavku na přesnost mezní odchylka: 1 Δmax mm = 5 L (δ = ΔH AB - Δh NIV km ) 2 Δmax mm = 2mm + 5 L km (Δh TAM-ZPĚT ), kde L km je délka pořadu v km nebo: mezní odchylka: 1 Δmax mm = 3 L (δ = ΔH AB - Δh NIV km ) 2 Δmax mm = 2mm + 3 L km (Δh TAM-ZPĚT ), kde L km je délka pořadu v km

33 Přesná nivelace (PN) nároky: přístroj s dalekohledem se zvětšením alespoň 24x aj. latě musí být celistvé s inavarovou stupnicí vybavené krabicovou libelou délka záměr max. 50 m nebo 40m, záměry se rozměřují pásmem s přesností na 0,1 m použití páru latí - musí být sudý počet sestav výška záměry nad terénem alespoň 0,5 m nebo 0,8 m nivelační pořad se měří vždy 2x TAM a ZPĚT alespoň v jinou denní dobu

34 Velmi přesná nivelace (VPN) užití při speciálních pracech s vysokými nároky na přesnost (přesné měření vertikálních posunů) princip se příliš neliší od PN, jen kritéria posuzování jsou přísnější

35 NIVELACE měření bočně při TN boční záměra je další zaměřené převýšení v nivelační sestavě zapisuje se do zvláštního sloupce v zápisníku není ale součástí výpočtu přímého nivelačního pořadu není tedy zkontrolována závěrečným výpočtem pořadu pokud je to vhodné, boční záměry neprovádíme a tyto body zařadíme přímo do pořadu nebo je vhodné tyto body zaměřit dvakrát

36 Horizontace nivelačního přístroje provádí se podle krabicové libely cílem je vytyčení vodorovné roviny, ve které probíhá odečítání převýšení přesný postup horizontace bude procvičován výhodou je, že stroj nestojí v sestavě dlouho

37 Paralaxa ryskového (nitkového) kříže Paralaxa je chyba, která vzniká nesplynutím roviny nitkového kříže s rovinou skutečného obrazu vytvořeného objektivem dalekohledu. Jak ji poznáme? Při pohybu okem před okulárem se obraz nitkového kříže vzhledem k obrazu nivelační latě pohybuje. Důsledek: není možné provést jednoznačné odečtení hodnoty na lati Paralaxa se odstraní přesným zaostřením nitkového kříže (splynutím obrazové roviny nitkového kříže a latě) Bude procvičováno

38 CHYBY při NIVELACI A) HRUBÉ B) NEVYHNUTELNÉ a) systematické b) náhodné A) HRUBÉ těmto chybám se dá předejít pečlivostí a soustředěností např. chyba v zápisu dat, opomenutí urovnání, záměna výstupku pro postavení latě

39 CHYBY při NIVELACI -nevyhnutelné B) a) systematické mají stálé znaménko, vyskytují se vždy - chyba ze zakřivení horizontu - chyba ze sklonu záměrné přímky - chyba ze svislé složky refrakce - chyba z nesprávné délky laťového metru - chyba z nesvislé polohy latě b) náhodné mají různá znaménka - chyba z nepřesného urovnání nivelační libely - chyba ze změny výšky přístroje a latě - chyba ze čtení laťové stupnice - aj.

40 CHYBY při NIVELACI chyba ze zakřivení horizontu Záměrná přímka by měla být totožná se skutečným horizontem přístroje, ale je totožná s horizontem zdánlivým Tato chyba (C 1 ) má velmi malou hodnotu a při geometrické nivelaci ze středu se vliv této chyby vyloučí

41 CHYBY při NIVELACI chyba ze sklonu záměrné přímky U přístrojů urovnávaných podle libely, když záměrná přímka přístroje Z není rovnoběžná s osou nivelační libely L. Porušena podmínka L ll Z (nerektifikovaný přístroj). Tato chyba se opakuje se stejným znaménkem při každé záměře

42 Osové podmínky nivelačních přístrojů 1. Osa krabicové libely má být kolmá k vertikální ose L V. 2. Vodorovné vlákno ryskového kříže Z má být kolmé k vertikální ose Z V. 3. 0sa nivelační libely má být rovnoběžná se záměrnou přímkou L ll Z.

43 CHYBY při NIVELACI chyba ze sklonu záměrné přímky Chyba se projeví při nivelaci kupředu a při nestejné délce záměr geom. nivelace ze středu Tato chyba (C 2 nebo ϕ ) může nabývat i velmi vysokých hodnot ALE při geometrické nivelaci ze středu při dodržení stejné délky záměr se její vliv na měření zcela vyloučí. lze ji tedy eliminovat měřickým postupem (udržovat perfektně rektifikovaný stroj je velmi náročné).

44 CHYBY při NIVELACI chyba ze sklonu záměrné přímky

45 CHYBY při NIVELACI chyba ze svislé složky refrakce

46 CHYBY při NIVELACI chyba z nesprávné délky laťového metru délka stupnice se působením prostředí mění (teplota, vlhkost) velmi malá velikost (vliv pouze na přesná měření hl. při velkých převýšeních) Může se vyskytovat i indexová chyba latě (neztotožnění nuly stupnice s rovinou patky latě)

47 CHYBY při NIVELACI chyba z nesvislé polohy latě tuto chybu budeme znát a prakticky jsme se s ní již setkali

48 CHYBY při NIVELACI chyby náhodné mají různá znaménka - chyba z nepřesného urovnání nivelační libely - chyba ze změny výšky přístroje a latě - chyba ze čtení laťové stupnice - aj.

49

50

51

52

53 Plošná nivelace Určování výšek množiny bodů, z nichž převážná část je již polohově známa přesnost: technická nivelace vedení náčrtu

54 Hydrostatická nivelace Princip metody vychází ze známého fyzikálního zákona o spojených nádobách (naplněných kapalinou) Nejjednodušší pomůcka tohoto typu je hadicová vodováha (na stavbě) Pro přesné a speciální nivelační práce se používá se hydrostatická souprava Výhoda: možnost automatického odečítání

55 Barometrické měření výšek založeno na měření atmosferického tlaku vzduchu Změnou výšky o cca +11 m klesne barometrický tlak o cca 1 mm Hg = 1 torr (tzv. barometrický výškový stupeň) přibližná metoda

56 TRIGONOMETRICKÝ ZPŮSOB URČENÍ VÝŠKY (převýšení) výškový rozdíl se neodečítá přímo, ale určuje se na základě řešení trojúhelníka není tedy měřeno převýšení, ale délky (šikmé, vodorovné) a úhly (výškové, zenitové) nepoužívá se nivelační přístroj, ale délkové měřidlo (pásmo, el. dálkoměr) a teodolit

57 TRIGONOMETRICKÝ ZPŮSOB URČENÍ VÝŠKY PŘEDMĚTU užití v případě, že výšku (svislou vzdálenost mezi patou a vrcholem) není možné přímo změřit více metod/více způsobu zadání úlohy 1) nejjednodušší případ: pata a vrchol leží na jedné svislici a pata je přístupná délkovému i úhlovému měření

58 TRIGONOMETRICKÝ ZPŮSOB URČENÍ VÝŠKY PŘEDMĚTU 2) pata nepřístupná délkovému, ale přístupná úhlovému měření 3) pouze vrchol přístupný úhlovému měření

59 TRIGONOMETRICKÝ ZPŮSOB URČENÍ VÝŠKOVÝCH ROZDÍLŮ Jde o nivelaci trigonometrickým způsobem Protože se namísto jednoduchého měření převýšení měří úhly a délky, stává se celý výpočet složitějším a náročným na ošetření vlivu SYSTEMATICKÝCH CHYB! a úpravou měřených veličin před výpočty.

60 Metody výškového vytyčování Při výškových vytyčovacích pracích rozeznáváme a vytyčujeme dva druhy výšek: 1. absolutní (nadmořská) výška: je vztažena k nulové hladinové ploše v daném výškovém systému, vytyčuje se zpravidla u vodohospodářských, liniových a plošných staveb. 2. relativní stavební výška: je to výškový rozdíl dvou výškových úrovní, např. výška rampy nad železniční kolejí. Při vytyčování výšek vytyčujeme body, přímky a horizonty, přičemž vycházíme vždy z jednoho výškového bodu a končíme na jiném. Každé převýšení měříme tam a zpět.

61 VÝŠKOVÉ SYSTÉMY

62 Zavedení výškového systému Pro znázornění tvaru zemského povrchu ve SVISLÉM směru je potřeba určit i vzájemné výšky bodů. Lépe řečeno: vybudovat základní výškovou kostru, která bude východiskem pro určování svislých vzdáleností bodů od referenční plochy. Výšková referenční plocha se nedá kdekoli určit a měřit stále přímo od ní. Výběr a určení jednoho bodu jako NULOVÉHO výškového bodu, který bude použit jako výchozí pro určování výšek dalších bodů.

63

64 Nulový bod výškově určen jako průměr dlouholetého pozorování stavu vodní hladiny zvoleného moře (vodočet v přístavu). Nadmořská (absolutní) výška bodu A je svislá vzdálenost bodu A od základní (nulové) hladinové plochy a označuje se V A (H A ). Proměnlivá (relativní) výška bodů A a B je výškový rozdíl (převýšení) mezi těmito body. Body A a B nejsou ve svislici nelze měřit svislou vzdálenost přímo, proloží se jimi vzájemně rovnoběžné kulové plochy (na území omezeného rozsahu) = jsou to pravé (skutečné) horizonty. El. nejsou rovnoběž. Potom je abs. výška bodu A svislá vzdálenost bodu A od základního (skutečného) horizontu = nejkratší vzdálenost skut. horizontů nulového bodu a bodu A.

65 Místo odečtu nuly Bpv na stupnici mořského vodočtu v Kronštadtu

66 VÝŠKOVÉ BODOVÉ POLE v současnosti je VBP ČR členěno na: základní výškové bodové pole (ZVBP) základní nivelační body (ZNB) body české státní nivelační sítě (ČSNS) I. až III. řádu podrobné výškové bodové pole (PVBP) nivelační sítě IV. řádu plošné nivelační sítě (PNS) stabilizované body technických nivelací Závazným geodetickým referenčním výškovým systémem na území ČR je Bpv = Výškový systém baltský po vyrovnání

67

68

69

70 Stabilizace bodů nivelačních sítí

71

72