Оптический нивелир и его устройство¶

Оптический нивелир — геодезический прибор для измерения превышений между точками местности и определения их высот относительно выбранной отсчётной поверхности. Относится к классу оптико-механических инструментов, в которых линия визирования задаётся зрительной трубой, а приведение её в горизонтальное положение обеспечивается цилиндрическим уровнем и элевационным винтом либо автоматическим компенсатором. Основное применение — построение высотных сетей, разбивочные работы, контроль отметок при строительстве и монтаже конструкций.

¶Принцип действия

Метод геометрического нивелирования основан на горизонтальном визирном луче. Прибор устанавливают между двумя точками, приводят линию визирования в горизонтальное положение и берут отсчёты по вертикально поставленным рейкам. Превышение вычисляют как разность отсчётов:

отсчёт по задней рейке минус отсчёт по передней рейке даёт превышение;
сумма превышений по ходу определяет разность высот начальной и конечной точек.

Точность зависит от класса прибора, длины визирного луча, состояния атмосферы и качества реек. Для нивелирования III и IV классов длина луча ограничивается, а плечи (расстояния до задней и передней реек) стремятся делать равными, чтобы компенсировать систематические погрешности.

¶Устройство

Типовой оптический нивелир включает следующие узлы:

зрительная труба с внутренней фокусировкой, дающая обратное или прямое изображение; увеличение составляет от 20 до 40 крат;
цилиндрический уровень (контактный или с призменным устройством) для точной установки визирной оси;
элевационный винт, плавно наклоняющий трубу в малых пределах;
подставка с подъёмными винтами и горизонтальным (круглым) уровнем для предварительного горизонтирования;
сетка нитей с дальномерными штрихами, позволяющими измерять расстояние до рейки по оптическому дальномеру;
компенсатор у автоматических моделей, заменяющий элевационный винт и уровень.

Отсчёт берут по чёрной и красной сторонам реек, что даёт контроль и повышает надёжность измерений.

¶Классификация

По точности приборы делят на высокоточные (применяются в нивелировании I и II классов), точные (III и IV классы, инженерные работы) и технические (изыскания, строительство, съёмка). По конструкции различают нивелиры с цилиндрическим уровнем (с элевационным винтом) и нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования — с компенсатором. Отдельно выделяют нивелиры с горизонтальным лимбом, позволяющие измерять и горизонтальные углы, что расширяет их применение при разбивке осей.

¶История и развитие

Оптические нивелиры развились из уровневых инструментов XVIII–XIX веков, использовавшихся при прокладке каналов, дорог и железных дорог. Совершенствование оптики, появление внутренней фокусировки и призменных уровней повысили точность и удобство работы. Во второй половине XX века распространились приборы с компенсаторами, исключившими трудоёмкую операцию точного горизонтирования элевационным винтом. В России и СССР выпускались серийные модели для геодезии, строительства и учебных целей; приборы этого класса остаются массовым инструментом в производственной практике.

¶Применение

Нивелирование оптическим прибором используется при:

создании и развитии высотных геодезических сетей;
топографических съёмках и изысканиях под дороги, трубопроводы, каналы;
строительстве зданий, монтаже фундаментов, колонн, подкрановых путей;
контроле отметок полов, лотков, технологического оборудования;
наблюдениях за осадками сооружений и деформациями оснований.

В сочетании с нивелирными рейками и штативом прибор обеспечивает оперативное получение высотных отметок на площадке.

¶Поверки и эксплуатация

Перед работой выполняют поверки: проверяют главное условие — параллельность визирной оси и оси цилиндрического уровня, а также положение сетки нитей. Нарушение главного условия приводит к систематической погрешности, зависящей от неравенства плеч. При эксплуатации следят за чистотой оптики, сохранностью уровней и компенсатора, устойчивостью штатива. Нивелирование в жаркую погоду при большой длине луча сопровождается искажениями из-за рефракции, поэтому работу ведут в благоприятные часы.

¶Значение

Оптический нивелир остаётся базовым инструментом высотных измерений благодаря простоте, надёжности и независимости от источников питания. Наряду с электронными и лазерными приборами он сохраняет позиции в строительстве, геодезии и обучении, а его принцип лежит в основе современных методов геометрического нивелирования.

Источники: учебники по геодезии и инженерной геодезии; руководства по геодезическим приборам; нормативные документы по нивелированию I–IV классов.