Utjevning - Levelling

Center for Operational Oceanographic Products and Services medarbeider gjennomfører tidevannsstasjonnivellering til støtte for US Army Corps of Engineers i Richmond, Maine.

Utjevning ( britisk engelsk ) eller utjevning ( amerikansk engelsk ; se staveforskjeller ) er en gren av oppmåling , hvis formål er å etablere eller verifisere eller måle høyden på spesifiserte punkter i forhold til et datum. Det brukes mye i geodesi og kartografi for å måle geodetisk høyde , og i konstruksjon for å måle høydeforskjeller på konstruksjonsgjenstander. Det er også kjent som spritnivellering og differensialutjevning .

Optisk utjevning

Stadia markerer et hårkors mens du ser på en metrisk nivelleringsstang . Toppmerket er på 1500 mm og det nedre er på 1345 mm. Avstanden mellom merkene er 155 mm, noe som gir en avstand til stangen på 15,5 m.

Optisk utjevning benytter et optisk nivå , som består av et presisjonsteleskop med hårkors og stadionmerker . Krysshårene brukes til å etablere nivåpunktet på målet, og stadionene tillater rekkevidde; stadioner er vanligvis i forhold på 100: 1, i så fall representerer en meter mellom stadionmerkene på nivelleringsstaven 100 meter fra målet. Hele enheten er normalt montert på et stativ , og teleskopet kan fritt rotere 360 ° i et horisontalt plan. Landmåleren justerer instrumentets nivå ved grovjustering av stativbena og finjustering ved hjelp av tre presisjonsnivelleringsskruer på instrumentet for å gjøre rotasjonsplanet horisontalt. Landmåleren gjør dette ved bruk av et oksenivå innebygd i instrumentfestet. Landmåleren ser gjennom okularet til teleskopet mens en assistent holder en vertikal stab som er gradert i tommer eller centimeter. Nivåstaben plasseres vertikalt ved hjelp av et nivå, med foten på det punktet som nivåmåling er nødvendig for. Teleskopet roteres og fokuseres til nivåpersonalet er tydelig synlig i trådkorset. Når det gjelder et manuelt nivå med høy nøyaktighet, foretas finjusteringen av en høydeskrue, ved hjelp av et bunnivå med høy nøyaktighet festet til teleskopet. Dette kan sees med et speil mens du justerer eller endene på boblen kan vises i teleskopet, noe som også tillater forsikring om det nøyaktige nivået på teleskopet mens synet tas. Imidlertid, i tilfelle av et automatisk nivå, gjøres høydejustering automatisk av et hengende prisme på grunn av tyngdekraften, så lenge grov utjevning er nøyaktig innen visse grenser. Når nivået blir, registreres avgangsavlesningen for personalet ved trådkorset, og et identifikasjonsmerke eller markør plasseres der nivåpersonalet hvilte på objektet eller posisjonen som ble undersøkt.

Lineær planeringsprosedyre

Diagram som viser forholdet mellom to nivåstenger, eller stenger, vist som 1 og 3. Nivå synet er 2.

En typisk prosedyre for et lineært spor av nivåer fra et kjent datum er som følger. Sett instrumentet innen 100 meter fra et punkt med kjent eller antatt høyde. En stang eller stav holdes loddrett på det punktet, og instrumentet brukes manuelt eller automatisk for å lese stangskalaen. Dette gir høyden på instrumentet over startpunktet (baksyn) og gjør det mulig å beregne høyden på instrumentet (HI) over utgangspunktet. Stangen holdes deretter på et ukjent punkt, og en avlesning blir tatt på samme måte, slik at høyden til det nye (framsynspunktet) kan beregnes. Forskjellen mellom disse to målingene tilsvarer endringen i høyde, og det er grunnen til at denne metoden også kalles differensialutjevning . Fremgangsmåten gjentas til destinasjonspunktet er nådd. Det er vanlig praksis å utføre enten en komplett sløyfe tilbake til startpunktet, eller ellers lukke traversen på et andre punkt der høyden allerede er kjent. Stengningskontrollen beskytter mot tabber i operasjonen, og lar restfeil distribueres på mest sannsynlig måte mellom stasjonene.

Noen instrumenter har tre hårkors som gjør det mulig å måle stadier av framsynten og baksiden. Disse tillater også bruk av gjennomsnittet av de tre målingene (3-leders utjevning) som en sjekk mot tabber og for å utjevne interpolasjonsfeilen mellom merker på stangskalaen.

De to hovedtyper av nivellering er enkeltnivellering som allerede beskrevet, og dobbeltnivellering (dobbel staving). Ved dobbel utjevning tar en landmåler to fremsyn og to baksikter og sørger for at forskjellen mellom fremsynet og forskjellen mellom baksikten er lik, og reduserer dermed feilmengden. Dobbeltnivellering koster dobbelt så mye som enkelnivellering.

Snu et nivå

Når du bruker et optisk nivå, kan endepunktet være utenfor instrumentets effektive rekkevidde. Det kan være hindringer eller store endringer i høyden mellom endepunktene. I disse situasjonene er det behov for ekstra oppsett. Dreie er et begrep som brukes når det refereres til å flytte nivået for å ta et høydeskudd fra et annet sted.

For å "snu" nivået, må man først ta en avlesning og registrere høyden på punktet stangen ligger på. Mens stangen holdes på nøyaktig samme sted, flyttes nivået til et nytt sted der stangen fremdeles er synlig. En avlesning er hentet fra den nye plasseringen av nivået, og høydeforskjellen brukes til å finne den nye høyden på nivåpistolen. Dette gjentas til måleserien er fullført.

Nivået må være vannrett for å få en gyldig måling. På grunn av dette, hvis instrumentets horisontale hårkors er lavere enn bunnen av stangen, vil landmåler ikke kunne se stangen og få en avlesning. Stangen kan vanligvis heves opp til 25 fot høy, slik at nivået kan settes mye høyere enn bunnen av stangen.

Trigonometrisk utjevning

Den andre standardmetoden for utjevning i konstruksjon og oppmåling kalles trigonometrisk utjevning , som er å foretrekke når man utjevner "ut" til et antall punkter fra ett stasjonært punkt. Dette gjøres ved å bruke en totalstasjon eller et hvilket som helst annet instrument for å lese den vertikale, eller senitvinkelen til stangen, og endringen i høyde beregnes ved hjelp av trigonometriske funksjoner (se eksemplet nedenfor). Ved større avstander (vanligvis 1000 fot og større), er krumningen av jorden , og brytning av instrumentet bølge gjennom luften må tas i betraktning i målingene også (se nedenfor).

Eks: et instrument ved punkt A som avleser til en stang ved punkt B, en senitvinkel på <88 ° 15'22 "(grader, minutter, buesekunder ) og en skråningsavstand på 305,50 fot uten fakturering av stang eller instrumenthøyde vil bli beregnet og dermed:

cos (88 ° 15'22 ") (305,5) ≈ 9,30 fot,

som betyr en høydeendring på omtrent 9,30 fot i høyde mellom punktene A og B. Så hvis punkt A er på 1000 fot høyde, vil punkt B være på omtrent 1.009,30 fot høyde, som referanselinjen (0 °) for senitvinkler er rett opp med urviseren en hel omdreining, og slik at en vinkelavlesning på mindre enn 90 grader (horisontal eller flat) ser ut oppover og ikke ned (og motsatt for vinkler større enn 90 grader), og det vil da få høyde.

Brytning og krumning

Jordens krumning betyr at en synslinje som er horisontal ved instrumentet vil være høyere og høyere over en sfæroide på større avstander. Effekten kan være ubetydelig for noe arbeid på avstander under 100 meter.

Siktelinjen er horisontal ved instrumentet, men er ikke en rett linje på grunn av atmosfærisk refraksjon . Endringen av lufttetthet med høyde fører til at synslinjen bøyer seg mot jorden.

Den kombinerte korreksjonen for brytning og krumning er omtrent:

{\ displaystyle \ Delta h_ {meter} = 0,067D_ {km} ^ {2}}

eller

{\ displaystyle \ Delta h_ {feet} = 0.021 \ left ({\ frac {D_ {ft}} {1000}} \ right) ^ {2}}

For nøyaktig arbeid må disse effektene beregnes og korreksjonene brukes. For det meste arbeid er det tilstrekkelig å holde fremsyns- og baksynsavstandene omtrent like, slik at brytnings- og krumningseffektene avbrytes. Bryting er generelt den største kilden til feil i utjevning. For korte nivålinjer er effekten av temperatur og trykk generelt ubetydelig, men effekten av temperaturgradienten dT / dh kan føre til feil.

Utjevnende sløyfer og gravitasjonsvariasjoner

Forutsatt feilfrie målinger, hvis jordens tyngdefelt var helt vanlig og tyngdekraften konstant, ville nivelleringsløkker alltid lukkes nøyaktig:

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

rundt en løkke. I jordens virkelige tyngdefelt skjer dette bare omtrent; på små sløyfer som er typiske for prosjekter, er sløyfelukkingen ubetydelig, men på større sløyfer som dekker regioner eller kontinenter er det ikke.

I stedet for høydeforskjeller, lukkes geopotensielle forskjeller rundt løkker:

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

hvor står for tyngdekraften ved nivelleringsintervallet i . For nøyaktige nivelleringsnettverk på nasjonal skala, bør sistnevnte formel alltid brukes. ${\ displaystyle g_ {i}}$

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

skal brukes i alle beregninger, som produserer geopotential verdier for referansepunkter i nettverket. ${\ displaystyle W_ {i}}$

Instrumenter

Klassiske instrumenter

Det så dårlig nivå ble utviklet av Norsk sivilingeniør William Gravatt , mens kartlegging rute for en foreslått jernbanelinjen fra London til Dover. Mer kompakt og dermed både mer robust og lettere å transportere, antas det ofte at dumpingnivellering er mindre nøyaktig enn andre typer nivellering, men slik er det ikke. Dumping nivellering krever kortere og derfor flere severdigheter, men denne feilen kompenseres av øvelsen med å gjøre framsyn og bakside like.

Nøyaktige nivådesign ble ofte brukt til store planeringsprosjekter der det var nødvendig med største nøyaktighet. De skiller seg fra andre nivåer ved å ha et veldig presist vaterpasrør og en mikrometerjustering for å heve eller senke synslinjen, slik at hårkorset kan bringes til å falle sammen med en linje på stangskalaen og ingen interpolering er nødvendig.

Automatisk nivå

Automatiske nivåer benytter seg av en kompensator som sørger for at siktelinjen forblir vannrett når føreren grovt har justert instrumentet (til kanskje 0,05 grader). Landmåleren setter opp instrumentet raskt og trenger ikke å oppgradere det nøye hver gang han ser på en stang på et annet punkt. Det reduserer også effekten av mindre stativ av stativet til den faktiske bevegelsesmengden i stedet for å utnytte tiltet over synsavstanden. Tre nivåskruer brukes til å nivellere instrumentet.

Lasernivå

Lasernivåer projiserer en stråle som er synlig og / eller detekterbar av en sensor på nivelleringsstangen. Denne stilen er mye brukt i byggearbeid, men ikke for mer presist kontrollarbeid. En fordel er at en person kan utføre nivelleringen uavhengig, mens andre typer krever en person ved instrumentet og en som holder stangen.

Sensoren kan monteres på jordfresemaskiner for å tillate automatisk gradering .

Languages

In other projects