Nivelácia

Nivelácia

Nivelácia je meračský úkon na zistenie výškového rozdielu medzi dvoma bodmi. Jej najdôležitejšou úlohou je budovanie výškových geodetických základov na štátnych územiach. Niveláciu využívame pri projektovaní a výstavbe rozsiahlejších technických diel a všade tam, kde treba zistiť presnú horizontálnu polohu. Niveláciou sa zisťujú posuny a deformácie veľkých budov a priehrad, vertikálne polohy zemského povrchu na podkopaných územiach, ale aj na celých štátnych územiach a kontinentoch.

Výškové rozdiely sa určujú viacerými metódami. Najpresnejšia je geometrická nivelácia, ktorou možno určovať výšky s presnosťou na milimetre, prípadne zlomky milimetrov. Pri nivelácii sa výškové rozdiel medzi dvoma bodmi (A, B) určuje z rozdielu čítaní (úsekov), ktoré získame pomocou vodorovných zámer (zámernej osi) nivelačného prístroja na nivelačných latách postavených zvislo na týchto bodoch (obr. 1.). Uvedený spôsob nivelácie s vodorovnou zámernou osou nivelačného prístroja sa označuje aj názvom geometrická nivelácia.

Princíp určovania výškového rozdielu hAB niveláciou medzi dvoma blízkymi bodmi A a B (do 100m až 240m) je na obr.1. Z neho vyplýva, že výškový rozdiel hAB sa rovná rozdielu čítania na zadnej late (z) a na prednej late (p), to znamená
HAB= z - p = HB – HA

Pri známej nadmorskej výške HA bodu A hľadaná nadmorská výška HB bodu B bude
HB = HA + hAB = HA + z – p

Rovnaký výsledok pri určení nadmorskej výšky bodu B dostaneme, ak najprv odvodíme nadmorskú výšku horizontu prístroj (Hp)
Hp = HA + z

Potom pre nadmorskú výšku B platí
HB = Hp – p = HA + z – p


Nivelační prístroj

Dôležitým úkonom pri nivelácii je vytýčenie zámernej osi (vodorovnej zámery) a čítanie údajov na zvislo postavenej nivelačnej late na prestavovom bode. Na vytýčenie vodorovnej zámernej osi sa používajú vhodné upravené prístroje, od jednoduchých pomôcok a prístrojov na nivelačné práce nižšej presnosti až po prístroje vysokej presnosti, s rozličnými doplňujúcimi zariadeniami, na veľmi presnú niveláciu. Nivelačný prístroj sa skladá z troch základných častí:

-z podložky (trojnožky), ktorú tvoria tri urovnávacie skrutky, ktorými sa vykonáva horizontácia prístroja, a ložiskové puzdro. Do ložiska puzdra zapadá vertikálna os prístroja, na ktorú je pripevnený nosník ďalekohľadu. Na presné zacielenie a upevnenie ďalekohľadu v určitom smere na podložke je pohybovka a svorka;
-z ďalekohľadu s vnútorným zaostrením, ktorého nitkový kríž možno prispôsobiť na presné čítanie stupnice nivelačnej laty;
-zo zariadenia na urovnanie zámernej osi ďalekohľadu (do vodorovnej polohy), ktorým je libela (vysoko citlivá rúrková libela, ktorá je pripevnená na prístroji tak, že jej os je rovnobežná so zámernou osou) alebo kompenzátor (obr. 2.).


Obr. 2. Schéma libelového nivelačného prístroja
1 – podložka, 2 – ďalekohľad, 3 – nivelačná libela, 4 – elevačná skrutka , 5 – kĺbové spojenie , L – os nivelačnej libely,
V – vertikálna os, Z – zámerná os, L – os kruhovej libely
Ďalekohľad a nivelačná libela sú najdôležitejšie časti nivelačného prístroja. Ich vlastnosti, najmä zväčšenie ďalekohľadu a citlivosť libely, priamo vplývajú na presnosť nivelačného prístroja.

Prístroje na presnú niveláciu (PN) a VPN majú ešte optický mikrometer, ktorým môžeme presne čítať milimetre, prípadne ich zlomky na latovej stupnici. Optický mikrometer sa nasadzuje na obrubu objektívu alebo je pevne zabudovaný do ďalekohľadu. Planparalelnú platničku optického mikrometra možno bubienkom otočiť okolo vodorovnej osi tak, aby najbližší dielik na obraze latovej stupnice splynul s obrazom vodorovnej nitky nitkového kríža. Presnejšie nastavenie dielika umožňuje klinový nitkový kríž. Potom hodnotu vertikálneho posunu obrazu laty možno čítať na stupnici bubienka. Niektoré nivelačné prístroje, ktoré sa používajú na pomocné polohové merania a vytyčovania, majú vodorovný kruh, nitkový diaľkomer, prípadne aj buzolu a tangentovu skrutku. Tieto prístroje sa nazývajú univerzálne nivelačné prístroje.


Popis merania

Pri určovaní výškového rozdielu medzi dvoma bodmi si obvykle nevystačíme s jednou nivelačnou zostavou (obr. 1. a vzťah 1.). Pri meraní sme obmedzení tým, že zo stanoviska nivelačného prístroja nemusíme vidieť obidve nivelačné laty postavené na bodoch A, B a dĺžka zámery vzhľadom na zakrivenie Zeme a refrakciu nesmie prekročiť určitú predpísanú vzdialenosť (pri VPN 40m, pri PN 50 m a pri TN 120 m). Inou prekážkou môže byť obmedzená dĺžka laty a sklon terénu. Preto pri väčších vzdialenostiach a výškových rozdieloch bodov musíme nivelační prístroj a nivelačné laty viackrát prestaviť, čiže postupne merať výškové rozdiely viacerými medziľahlými prestavovými bodmi (obr. 3.). Lomená čiara A-S1-1-S2-2-S3-B tvorí nivelační ťah. Body S1, S2, S3, sú stanoviská prístroja a body 1, 2 prestavové body. Celkový výškový rozdiel sa potom vypočíta ako súčet výškových rozdielov meraných na každom stanovisku.

Pri meraní nivelačného ťahová (ťahová nivelácia) postupujeme takto:

Prvý pomocník postaví nivelačnú latu zvislo na nivelačnú značku daného bodu A a druhý na prestavový klinec alebo podložku na prestavový bod 1. Merač postaví nivelačný pristroj na stanovisko S1. Po horizontácii prístroja a zacielení na nivelačné laty vykoná čítania z A, p1. Po skončení merania na stanovisku S1 merač premiesti pristroj na stanovisko S2, prvý pomocník prenesie latu z bodu A na prestavový bod 2 a druhý pomocník, ktorý zostane S1 na bode 1, opatrne otočí svoju latu na prestavovej podložke tak, aby sa stupnica obrátila k stanovisku S2. Potom merač na stanovísk S2 vykoná rovnaké meranie ako na stanovisku S1, čiže z1, p2. Opísaný úkon sa opakuje vo všetkých zostavách až po koncový bod B nivelačného ťahu. Jeho nadmorskú výšku H B určíme tak, že k nadmorskej výške H A východiskového bodu A pripočítame súčet výškových rozdielov medzi jednotlivými zostavami, pre ktoré podľa obr. 1. platí:
hA1 = za - p1
h12 = z1 - p2
h2B = z2 – pB

čiže

hAB = hA1 + h12 + h2B = (zA – p1) + (z1 - p2) + (z2 – pB)

potom výškový rozdiel
hAB = z – p
a výška
HB =HA + z- p = HA + hAB

Výškový rozdiel hAB je určený ako rozdiel súčtu zámer nazad a súčtu zámer napred. Výšku bodu B dostaneme, ak k výške bodu A pridáme, so zreteľnom na znamienko, výškový rozdiel medzi bodmi A a B. Výškový rozdiel aj veľmi vzdialených bodov sa uvedeným spôsobom plôch, pretože pomerne veľmi krátke nivelačné zámery sú k hladinovým plochám dotyčnicové (tangenciálne) a prakticky s nimi splývajú.
Technická správa

Meranie bolo vykonané za účelom zistenia nadmorskej výšky bodu 504, do nivelačného ťahu sa vložili aj body 502, 503, 505 ktorých nadmorskú výšku počítame na overenie správnosti merania. Meranie bolo vykonané prístrojom Sokia C 410. Za pomoci pomôcok nivelačné laty, podložky, klince, pásmo, statív. Postup merania: začiatok merania bol natrvalo stabilizovanom bode 501 z nadmorskou výškou 258.301m, do nivelačného ťahu sme vložili aj body Nivelační ťah bol meraný geometrickou niveláciou zo stredu tam a späť, počet zostáv 13 a dĺžka nivelačného ťahu bola 254m. Dosiahnutá presnosť: = z -  p
= 38969 – 38964
= 5 mm
Povolená stredná kilometrová chyba : max = 20R
max = 200,2508
max = 10,08mm