NIWELACJA GEODEZJA.doc

INSTRUMENTY GEODEZYJNE

Jadwiga Łażewska-Będkowska

PRZYRZĄDY POMIAROWE W GEODEZJI

NIWELATOR - PRZYRZĄD DO NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ

Pomiary wysokościowe, obok pomiarów kątowych są niezwykle znaczącą częścią pomiarów geodezyjnych. Wysokości punktów terenowych są istotnymi elementami map sytuacyjno-wysokościowych i stanowią znaczący element zasobu geodezyjnej wiedzy o terenie. Najbardziej rozpowszechnioną metodą pomiaru wysokości terenowych punktów jest niwelacja geometryczna. Istotą tego pomiaru jest wyznaczanie różnic wysokości przy użyciu poziomej osi celowej instrumentu i pionowo ustawionych podziałek w mierzonych punktach terenu.

Rolę instrumentów do takich pomiarów spełniają niwelatory, natomiast podziałkami są łaty niwelacyjne.

Rys. 1. Niwelacja geometryczna

Niwelatory

Niwelator jest instrumentem geodezyjnym, którego podstawową cechą jest oś celowa lunety usytuowana poziomo. Ze względu m.in. na sposoby uzyskiwania poziomej osi  niwelatora, dzielimy je na:

-niwelatory libelowe,

-niwelatory samopoziomujące (automatyczne),

-niwelatory cyfrowe,

-niwelatory laserowe.

Zastosowanie tej grupy instrumentów, która jeszcze do niedawna dominowała w tego typu pomiarach, w zasadzie już nie jest szerokie. Konstrukcja jest oparta na prostej zasadzie, w myśl, której czuła libela rurkowa umieszczona jest przy lunecie instrumentu tak, że jej oś usytuowana jest równolegle do osi celowej lunety. Spoziomowanie tej libeli daje gwarancję, że oś celowa jest również pozioma, a pomiar wykonany za jej pomocą jest prawidłowy.

Rys. 2. Obraz niwelatora libelowego

Budowa niwelatorów libelowych zmieniała się w czasie, ewoluując w  kierunku zmniejszenia uciążliwości związanych z ustawieniem osi celowej w poziomie.  Samo poziomowanie  libeli niwelacyjnej, bardzo czułej, reagującej na jej najmniejsze wychylenie, było kłopotliwe, praco- i czasochłonne.

Od niwelatorów zwyczajnych przedstawionych na schematycznym przekroju poniżej (rys.3), w konstrukcji niwelatorów nastąpiło przejście do niwelatorów ze śrubą elewacyjną. Śruba niwelacyjna, poziomując libelę niwelacyjną umieszczoną przy lunecie, jednocześnie poziomuje oś celową lunety.

Rys.3. Schemat  budowy niwelatorów libelowych: zwyczajnego i ze śrubą elewacyjną

Przykładowy niwelator libelowy ze śrubą elewacyjną jest przedstawiony na poniższych zdjęciach (rys.4). Widoczna jest na nich libela pudełkowa służąca do zgrubnego poziomowania instrumentu za pomocą nóg statywu i w dalszej konsekwencji śrubami nastawczymi, a ponadto obok lunety libela niwelacyjna, którą poziomuje się widoczną na zdjęciu śrubą elewacyjną.

Rys. 4. Niwelator libelowy ze śrubą elewacyjną

Libela niwelacyjna zainstalowana w tym instrumencie posiada koincydencyjny system obserwacyjny, przedstawiony na rys. 5.

Rys.5. Libela niwelacyjna-koincydencyjny system obserwacyjny

Niwelator tego typu daje obraz odwrócony, wynikiem czego odczyty na łatach wykonywane są w sposób szczególny. Przykładowe odczyty tego typu są przedstawione na rys. 6.

Rys. 6. Odczyty na łatach niwelacyjnych wykonywane za pomocą niwelatora libelowego z obrazem odwróconym.

Niwelatory automatyczne (samopoziomujące)

Ze względu na niewygody w pomiarach niwelacyjnych związane z poziomowaniem libeli w niwelatorach libelowych, powstała nowa generacja urządzeń pomiarowych, tzn. niwelatory samopoziomujące. Ich budowa opiera się na urządzeniach optycznych, które samoczynnie doprowadzają oś celową do poziomu w momencie, gdy oś ta znajdzie się w położeniu objętym zakresem funkcjonowania tych urządzeń. Zakres jest z reguły zdeterminowany libelą pudełkową zainstalowaną w niwelatorze – jej spoziomowanie warunkuje włączenie się urządzenia samopoziomującego. Takie urządzenia nazywane są kompensatorami.

Na rys. 7 pokazany jest przykładowy schematyczny przekrój niwelatora samopoziomującego.

Rys. 7. Schemat budowy niwelatora samopoziomującego

Przykładowy niwelator samopoziomujący, którego budowę ilustruje powyższy schemat, jest przedstawiony na poniższym zdjęciu (rys.8). Widzimy libelę pudełkową, której spoziomowanie uruchamia  zainstalowany wewnątrz obudowy kompensator tzw. wychyleniowy - zespół pryzmatów tak względem siebie zainstalowanych, że samoczynnie doprowadzają oś celową niwelatora do poziomu. W tym niwelatorze jest widoczne zamontowane koło poziome, dzięki któremu możliwe jest wykonywanie tym przyrządem tzw. niwelacji powierzchniowej metodą punktów rozproszonych.

Rys. 8. Niwelator samopoziomujący

Obraz uzyskiwany za pomocą tego typu instrumentu jest obrazem prostym, w związku z czym łaty przeznaczone do tych odczytów mają opis prosty, jak na zdjęciu umieszczonym na rys 9.

Rys.9. Łata niwelacyjna z opisem prostym

Grupa niwelatorów samopoziomujących jest niezwykle bogata. Urządzenia tego typu zdominowały obecnie rynek pomiarów geodezyjnych, występując w różnorakich formach. Jednym z przedstawicieli tej, nowoczesnej grupy niwelatorów samopoziomujących jest przykładowy niwelator Pentax AFL 240 przedstawiony na zdjęciach umieszczonych na rys. 10.

Jak widać na poniższych zdjęciach, forma zewnętrzna tego instrumentu nie odbiega zasadniczo od przedstawionych powyżej. Tak samo, jak w niwelatorach starszego typu, widzimy w nim spodarkę, koło poziome, lunetę, libelę pudełkową i inne towarzyszące  urządzenia. Jednakże efektywność pracy za jego pomocą i jakość uzyskiwanych wyników, są nieporównywalnie wyższe.

Rys. 10. Niwelator  samopoziomujący nowego typu

Postęp techniczny spowodował  dalszy postęp w konstrukcji tej grupy urządzeń, wprowadzając zasady elektronicznego odczytywania wyników ze specjalnych łat z zapisem cyfrowym, które taki odczyt  umożliwiają. Dzięki temu powstały tzw. niwelatory kodowe-cyfrowe.

Osobną grupę urządzeń do pomiarów wysokościowych tworzą niwelatory laserowe.

Konstrukcja tych urządzeń wykorzystuje możliwość wysyłania widzialnej wiązki laserowej w wersji rotacyjnej. Wirująca wiązka laserowa realizuje płaszczyznę poziomą wykorzystywaną w niwelacji geometrycznej. Jednakże z uwagi na specyficzne właściwości wiązki laserowej (promienie rozchodzą się w miarę oddalania się od urządzenia emitującego), zastosowanie tego typu urządzeń nie jest powszechne do precyzyjnych pomiarów w geodezji, natomiast cieszy się zastosowaniem w budownictwie, szczególnie przy niewielkich odległościach.

1