Нивелированием называют комплекс геодезических работ, связанных с измерением превышений и высот точек местности. Данные работы проводятся при решении различных инженерно-геодезических задач в строительстве, при высотной съемке местности, а также научно-технических задач при изучении динамических процессов движения земной коры, исследовании разностей уровня воды в морях и океанах, при изучении деформаций инженерных сооружений и др.
Существует несколько основных способов и методов нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, гидростатическое, барометрическое, механическое, стереофотограмметрическое.
Геометрическое нивелирование выполняют с помощью горизонтального визирного луча, образованного прибором, например, нивелиром. Превышение между точками получают как разность отсчетов по рейкам, установленных в этих точках.
При использовании высокоточных нивелиров и соблюдении специальных методик измерений может быть обеспечена точность определения превышений (передачи абсолютных высот) до 0, 5 - 0, 7 мм на 1 км хода, до 0, 05 - 0, 10 мм и менее - на коротких базах, т. е. при сравнительно небольших (до 20 м) расстояниях между точками. При техническом нивелировании точность передачи высот составляет 20 - 50 мм на 1 км хода.
Указанный большой диапазон точности измерений (от 0, 05 до 50 мм) позволяет применять данный способ практически при решении любых инженерно-геодезических задач по определению превышений и высот точек. Кроме того, способ геометрического нивелирования по исполнению работ сравнительно прост, не требует использования громоздкого оборудования, вычислительные действия могут выполняться непосредственно в поле.
Подробно выполнение работ методом геометрического нивелирования будет рассмотрено ниже в последующих параграфах настоящей главы.
Тригонометрическое нивелирование выполняют наклонным визирным лучом, образованным, например, оптической системой теодолита. Часто такой вид нивелирования используют при создании высотного обоснования теодолитных ходов, при передаче высот через недоступные расстояния, при больших уклонах местности, в горных выработках, когда наблюдаемые точки находятся в кровле выработки, а также в выработках, имеющих значительный уклон.
При соответствующей организации работ погрешность в определении превышения данным способом может достигать 0, 1 - 0, 3 м на 1 км хода. На небольших базах при использовании точных и высокоточных приборов превышения можно определять с точностью до 1 - 2 мм.
Очевидно, что при использовании нивелирных реек и установке угла наклона визирной оси зрительной трубы v = 0о (при установке на шкале вертикального круга значения места нуля) теодолитом можно реализовать способ геометрического нивелирования.
Следующие виды нивелирования (барометрическое, гидростатическое, радиолокационное) относятся к физическим методам нивелирования.
Барометрическое нивелирование основано на изменении атмосферного давления с изменением высоты точки местности. Точность этого метода небольшая, от 1 до 5 м, однако часто барометрическое нивелирование применяют геологи при поисковых работах в горной и значительно пересеченной местности, при больших перепадах высот.
Для нивелирования используют барометры-анероиды, в показания которых вводят поправки за влияние внешних условий. Поскольку атмосферное давление в каждой точке изменяется по метеорологическим условиям, то для повышения точности ходы барометрического нивелирования прокладывают замкнутыми (с возвращением к исходной точке), либо разомкнутыми (между точками с известными высотами).
При гидростатическом нивелировании используется свойство жидкостей устанавливаться в сообщающихся сосудах на одном уровне. На измерительных колбах 1 и 2 , заполненных жидкостью, имеются одинаковые шкалы, по которым производят отсчеты а и b уровня жидкости в точках А и В. Разность отсчетов характеризует превышение:
h = a - b
Погрешности в определении превышений при использовании различных конструкций гидронивелиров могут находиться в пределах от 0, 1 до 2 мм. При измерениях с точностью до 1 - 2 мм отсчеты по шкалам берутся визуально. При более точных измерениях уровень жидкости в каждом из сосудов регистрируют электрическим способом с помощью электрического контакта с микрометренным винтом, закрепленного на сосуде (в этом случае используется токопроводящая жидкость).