Pomiary wysokościowe

Pomiar wysokościowy jest to zespół czynności technicznych pozwalających na określenie wysokości punktów względem przyjętego poziomu odniesienia i umożliwiających przedstawienie form ukształtowania terenu.

Opierają się na sieci znaków wysokościowych zwanych reperami. Wysokości tych znaków wyznacza się metodą niwelacji geometrycznej (precyzyjnej lub technicznej). Stanowią one układ odniesienia przy wszelkich pomiarach wysokościowych (sporządzanie map, budowa tras komunikacyjnych, kanałów, itp.). Znaki wysokościowe mogą być stałe lub tymczasowe (repery robocze).

Znaki stałe osadza się w punktach państwowej sieci wysokościowej, w sieciach miejskich oraz wzdłuż szlaków komunikacyjnych. Mogą być osadzane poziomo lub pionowo. Natomiast tymczasowe osadza się w miejscach, w których prowadzone są prace budowlane, roboty ziemne. Są to przeważnie: pale drewniane, słupy betonowe z bolcem stalowym lub haki osadzone w ścianach budowli.

Przykładowy reper


Z kolei znaki naziemne osadza się przeważnie na słupach betonowych opartych na odpowiednim fundamencie zagłębionym poniżej granicy przemarzania przeważnie na gruntach piaszczystych, żwirach i glinach zwałowych o niskim i ustabilizowanym poziomie wody gruntowej. Znaki wysokościowe osadzane są średnio w odległości 2 – 3km. W miastach odległości te nie przekraczają przeważnie 500m. Dla łatwego ich odszukania stosuje się opisy topograficzne.

Znak naziemny

Powierzchnią dla pomiarów wysokościowych jest geoida niwelacyjna, czyli tzn. „poziom morza”, a wysokości liczone względem niej to wysokości bezwzględne.

Punkty położone na niej mają wysokość zerową, pod nią ujemną oraz nad nią dodatnią.


Podczas pomiarów niwelacyjnych z reguły nie mierzy się samych wysokości lecz ich różnice ze wzoru: ΔHAB = HB - HA. 

Jeśli znamy różnice wysokości pomiędzy sąsiednimi parami punktów, tworzącymi połączone ze sobą odcinki: AB, BC, ... , wtedy możemy obliczyć zarówno wysokości
punktów pośrednich, jak i wysokości punktu końcowego.

HD = HA + ΔHAB + ΔHBC + ΔHCD = HA + [ΔH]

Wyznaczanie kolejnych różnic wysokości wzdłuż licznych, stosunkowo krótkich, powiązanych ze sobą odcinków, tworzących ciąg niwelacyjny, umożliwia określenie różnicy wysokości pomiędzy odległymi punktami skrajnymi. Kolejność punktów , dla których wyznaczamy różnice wysokości, zależy od kierunku pomiaru lub obliczania. Gdy kierunek ten się zmieni na przeciwny, wtedy różnice wysokości poszczególnych odcinków zmieniają znaki, przy niezmienionych wartościach bezwzględnych.

METODY POMIARÓW WYSOKOŚCIOWYCH

1. NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA

Polega na wyznaczeniu różnicy wysokości pomiędzy dwoma punktami na fizycznej powierzchni Ziemi na podstawie pomiarów kątowych (odległość zenitalna) i liniowych(odległości między punktami).


Najważniejszą zasada niwelacji trygonometrycznej jest oparta na rozwiązaniu trójkąta prostokątnego, położonego na płaszczyźnie poziomej. Na podstawie zależności w tym trójkącie można wyznaczyć wzór niwelacji trygonometrycznej: h = d * tg ἀ = d * ctg z.

h – przewyższenie, czyli różnica wysokości pomiędzy punktem celowej a horyzontem instrumentu. Wysokość punktu B, potrzebną do wyznaczenia h wyraża się wzorem:

Wielkościami mierzonymi podczas tej niwelacji są:

  • odległość pozioma/skośna (dAB )

  • kąt pionowy

  • wysokość instrumentu – i – na stanowisku

  • wysokość sygnału ( koniec odcinka)


Niwelacja trygonometryczna może być używana do wyznaczania odległych od siebie punktów, jeśli tylko jest właściwa widoczność sygnału celowniczego ze stanowiska instrumentu oraz odległości poziome lub skośne są pomierzone.

Dokładność zwykle waha się od 1 – 10 cm.



2. NIWELACJA GEOMETRYCZNA

Polega na obliczeniu różnicy wysokości pomiędzy wybranymi punktami A, B na podstawie różnicy odległości pionowych: t, p tych punktów a płaszczyzną poziomą zabudowaną ponad powierzchnią terenu.
ΔHAB = t - p
Wybrane punkty muszą być bliskie ( 100 - 150m), oś celowa spoziomowana, a łaty ustawione pionowo. Gdy punkty niwelatora są oddalone od siebie, wtedy odległości pomiędzy nimi należy podzielić na krótsze odcinki uzyskując w ten sposób ciąg niwelacyjny. Punkty pośrednie ciągu są punktami wiążącymi, ponieważ łączą w jedną całość różnice wysokości pomierzone w poszczególnych stanowiskach niwelatora.




PODZIAŁ NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ ZE WZGLĘDU NA DOKŁADNOŚĆ:

A) Niwelacja ze środka - polega na ustawieniu niwelatora nad punktem S, który znajduje się po środku odległości wyznaczonej przez stanowiska łat A, B. Odczyt na łacie A jest odczytem wstecz - t, natomiast z łaty B, odczytem w przód - p. Wysokość punktu B wynosi:  H HA +   t - p. 
Suma  HA  + t = Hc, to wysokość płaszczyzny poziomej realizowanej nad terenem przez niwelator i nosi nazwę wysokości osi celowej Hc .  

Uwaga!  Dla wyeliminowania omyłek należy na każdym stanowisku ze środka wykonać podwójny pomiar różnicy wysokości pomiędzy sąsiednimi stanowiskami (drugi odczyt wykonywany po uprzednim "wzruszeniu" instrumentu).





B) Niwelacja w przód - podczas wykonywania niwelacji tym sposobem, instrument znajduje się na jednym końcu niwelowanego odcinka. Natomiast na drugim końcu stoi łata  niwelacyjna, na której wykonujemy pomiar w przód - p. Na stanowisku niwelatora jego wysokość ( i ) mierzymy za pomocą ruletki lub łaty - zastępujemy w ten sposób odczyt wstecz. Tak więc różnicę wysokości obliczamy ze wzoru:  ΔHAB  = i - p. Gdy wysokość stanowiska instrumentu jest znana, wtedy wysokość punktu ustawienia łaty wyraża się wzorem: H HA  + i - p. Wysokość osi celowej stanowi suma wysokości stanowiska i wysokości instrumentu.
1. stanowisko instrumentu
2. celowa
3. łata


Do niwelacji w przód zalicza się czasem mimośrodowe ustawienie niwelatora tzn. takie kiedy znajduje się wewnątrz odcinka AB, ale blisko punktu A. Stosuje się go, gdy :
- ze względu na przeszkody terenowe np: wąwóz, nie można wykonać niwelacji ze środka,
- chcemy przenieść wysokość z punktu ściennego , nad którym nie można ustawić instrumentu.

NIWELACJA BAROMETRYCZNA

Głównym zadaniem niwelacji barometrycznej jest wyznaczenie różnic wysokości za pomocą różnic ciśnienia atmosferycznego zmierzonego barometrem w punktach podlegających niwelacji. Trzeba pamiętać, że ciśnienie maleje wraz ze wzrostem wysokości n.p.m. (zależny również od wielu dodatkowych czynników). Dokładność wynosi przeciętnie 2-3 m. Stosuje się ją głównie na trudno dostępnych terenach.

NIWELACJA HYDROSTATYCZNA

Polega na wyznaczaniu różnic wysokości w oparciu o pomiar poziomu cieczy w naczyniach połączonych. Dzięki niej można prowadzić okresowe obserwacje osnowy wysokościowej.

NIWELACJA SATELITARNA

Wykorzystuje technikę GPS, która wyznacza położenia wybranych punktów. Umieszcza się na nich odbiorniki wyposażone w anteny, które przejmują sygnały satelitarne.

BEZPOŚREDNI POMIAR RÓŻNIC WYSOKOŚCI ZA POMOCĄ PRZYMIARÓW ZWISAJĄCYCH

W tej metodzie oblicza się bezpośredni pomiar wysokości za pomocą wstęgowych lub drutowych przymiarów zawieszonych na jednym końcu, a na drugim obciążonych.

METODA FOTOGRAMETRYCZNA

Opiera się na utworzeniu modelu stereoskopowego, który powstaje dzięki obserwacjom pary zdjęć lotniczych lub naziemnych za pomocą przyrządów fotogrametrycznych (np. stereoskop).


 
Comments