Technická správa z nivelačného ťahu: Komplexný sprievodca vypracovaním

Nivelácia je základný meračský úkon, ktorého hlavným cieľom je zistiť výškový rozdiel, nazývaný aj prevýšenie, medzi dvomi bodmi. Využitie nivelácie je mimoriadne rozsiahle, pokrývajúce takmer všetky technické a niektoré prírodovedné odbory. Jej najdôležitejšou úlohou je budovanie výškových geodetických základov na štátnych územiach, na ktoré sa následne pripájajú všetky ďalšie podrobné výškové merania, ako aj znázornenie výškových pomerov v mapách všetkých mierok.

Niveláciu využívame pri projektovaní a výstavbe rozsiahlejších technických diel a všade tam, kde treba zistiť presnú horizontálnu polohu. Niveláciou sa zisťujú posuny a deformácie veľkých budov a priehrad, ďalej vertikálne pohyby zemského povrchu na podkopaných územiach (spôsobené ľudskou činnosťou), ale aj na celých štátnych územiach a kontinentoch (spôsobené plávaním časti zemskej kôry alebo tektonickými pohybmi).

Základné pojmy a definície v nivelácii

Pre správne vypracovanie technickej správy z nivelačného ťahu je kľúčové ovládať základnú terminológiu:

• Výška: Je vzdialenosť bodu od nulovej plochy meraná pozdĺž zvislice. Nulovou plochou je vzťažná plocha, ktorá prechádza nulovým výškovým bodom. Pre normálne výšky, čiže aj pre baltský výškový systém - po vyróvnaní (Bpv) je to kvázi geoid.
• Výškové kóty: Číselné údaje, ktoré vyjadrujú výšky. Rozoznávame nadmorské a relatívne výšky.
• Výškový rozdiel hAB: Pri všeobecne používaných označeniach platí, že prvý index výškového rozdielu označuje východiskový bod, druhý koncový bod. Výškový rozdiel hAB je teda rozdiel výšky koncového bodu B a výšky východiskového bodu A. Ak sa bude výškový rozdiel určovať opačným smerom, označí sa hBA, čiže výška bodu A mínus výška bodu B, to sa rovná - hAB.
• Nivelačná prestava: Je bod pri ťahovej nivelácii, na ktorom je postavená nivelačná lata na prestavovej podložke alebo na prestavovom klinci.
• Nivelačná zámera: Je vzdialenosť medzi nivelačným prístrojom a latou. Dĺžky sa volia podľa sklonu terénu a presnosti, pričom maximálna dĺžka zámery je 120 metrov, a v nivelačných ťahoch IV. rádu je dmax=50m.
• Nivelačná zostava: Je celok v ťahovej nivelácii predstavovaný stanoviskom nivelačného prístroja a obidvoma pridruženými prestavovými bodmi.
• Nivelačný ťah: Je sled bodov, medzi ktorými sa merali výškové rozdiely niveláciou na výpočet ich výšok.
• Nivelačný úsek: Je sled po sebe nasledujúcich nivelačných oddielov, zvolených na uľahčenie sledovania charakteristík meraní (napr. systematickej chyby), prípadne spracovania výsledkov meraní.
• Styčný bod: Je bod nivelačnej siete, ktorý je súčasne bodom nivelačnej siete susedného štátu.
• Uzlový bod: Je bod, do ktorého sa zbieha niekoľko nivelačných ťahov rovnakého rádu.

Metódy nivelácie a ich využitie

Výškové rozdiely sa určujú rozličnými spôsobmi podľa toho, aké prístroje a pomôcky máme k dispozícii a aká presnosť sa vyžaduje.

• Jednosmerná nivelácia: Je nivelácia vykonaná jedenkrát (iba v jednom smere).
• Obojsmerná nivelácia: Je nivelácia vykonaná raz v smere ťahu (tam) a druhý raz naopak (späť).
• Ťahová nivelácia: Je nivelácia obmedzená iba na samotný nivelačný ťah.
• Plošná nivelácia: Je spôsob, pri ktorom sa určujú výšky podrobných bodov polohopisného podkladu súčasne s meraním nivelačného ťahu.

Pri nivelácii sa výškový rozdiel medzi dvoma bodmi (A, B) určuje z rozdielu čítaní (úsekov), ktoré získame pomocou vodorovných zámer (zámernej osi) nivelačného prístroja na nivelačných latách postavených zvislo na týchto bodoch.

Dôležitým úkonom pri nivelácii je vytýčenie vodorovnej zámernej osi (vodorovnej zámery) a čítanie údajov na nivelačnej late zvislo postavenej na prestavovom bode. Na tento účel sa skonštruoval rad meracích prístrojov a pomôcok. Z nich treba na meranie zvoliť také, aby sa pri hospodárnom spôsobe merania súčasne splnili požiadavky na presnosť pre dané nivelačné práce.

Nivelačné prístroje a ich technické parametre

Nivelačné prístroje sú kľúčovým prvkom pre presné výškové merania. Rozoznávame niekoľko základných typov.

Libelové nivelačné prístroje

Libelové nivelačné prístroje využívajú nivelačnú libelu na vytýčenie vodorovnej zámernej osi. Podstatne najvýhodnejšia je koincidenčná nivelačná libela, pri ktorej obrazy koncov libely sú sústavou hranolov usmernené tak, že merač vidí obrazy polovíc koncov bubliny vedľa seba. Urovnanie libely sa prejaví spojením čiastkových obrazov koncov bubliny do súvislého oblúka, čiže koincidenciou týchto obrazov.

Niektoré nivelačné prístroje, ktoré sa používajú na pomocné polohové merania a vytyčovania, majú vodorovný kruh, nitkový diaľkomer, prípadne aj buzolu a tangentovu skrutku. Prístroje na presnú niveláciu (PN) a veľmi presnú niveláciu (VPN) majú ešte optický mikrometer, ktorým môžeme presne čítať milimetre, prípadne ich zlomky na latovej stupnici. Optický mikrometer sa nasadzuje na obrubu objektívu alebo je pevne zabudovaný do ďalekohľadu. Hodnotu vertikálneho posunu obrazu laty možno čítať na stupnici bubienka. Podľa obr. 8.4, ktorý znázorňuje funkciu optického mikrometra nivelačného prístroja, je čítanie 567,83 (pol centimetrové delenie), čiže 567 na nivelačnej late a 83 na stupnici bubienka mikrometra.

Medzi príklady libelových prístrojov patria:

• MEOPTA NK 30 x (ČSFR): Je určený na TN, na vytyčovanie profilov, na tachymetriu plochého, približne rovinatého územia a na melioračné práce. Prístroj má ďalekohľad s vnútorným zaostrovaním s 30-násobným zväčšením a s diaľkomerným nitkovým krížom. Obraz libely je hranolovým systémom prevedený do zorného pola ďalekohľadu a na kontrolu a urovnanie libely sa používa koincidenčný spôsob.
• WILD N 3 (Švajčiarsko): Je veľmi presný a používa sa na VPN I. a II. rádu, na zisťovanie vertikálnych pohybov zemského povrchu, ako aj posunov a deformácií veľkých priemyselných objektov a priehrad. Ďalekohľad prístroja má 47-násobné zväčšenie a klinovo upravený nitkový kríž. Dopĺňa ho optický mikrometer, ktorého stupnica je prevedená do osobitného okulára, umiestneného vľavo od okulára ďalekohľadu.
• ZEISS NI 004 (bývalá NDR): Je veľmi presný a využíva sa na podobné účely, ako prístroj Wild N 3. Prístroj má ďalekohľad s vnútorným zaostrovaním, so 44-násobným zväčšením a klinový tvar nitkového kríža. Obraz koincidenčnej libely je prevedený do zorného poľa ďalekohľadu. Prístroj má optický mikrometer. Presnosť prístroja sa udáva strednou chybou mo = 0,4 mm.km^-1.

Kompenzátorové nivelačné prístroje

Pri kompenzátorových nivelačných prístrojoch namiesto nivelačnej libely a elevačnej skrutky vytýčenie (urovnanie) zámernej osi ďalekohľadu zabezpečuje kompenzátor (opticko-mechanické zariadenie na samočinnú horizontáciu). Funkciu kompenzátora zabezpečuje kruhová libela, ktorá sa používa aj na predbežné urovnanie (horizontáciu) prístroja. Pri oprave sa neposúva libela, ale nitkový kríž. Pre kompenzátorové nivelačné prístroje platia zásady ako pre libelové prístroje, rozdiel je len v tom, že namiesto libely sa používajú kompenzátory.

Nové nivelačné prístroje firmy Zeiss (Ni 005A, Ni 020A a Ni 040) majú automatický systém na kontrolu správnej funkcie kompenzátora, ktorý je vidieť v zornom poli ďalekohľadu vedľa obrazu stupnice nivelačnej laty. Správny kompenzátor je vtedy, keď farebné signály majú tvar podľa obr. 8.18. Nesprávny je vtedy, keď signály sú červené. Nivelačný prístroj Ni 005 je určený na presnú niveláciu. Vyrába sa na čítanie na centimetrových 3 m invarových latách a na čítanie na polcentimetrových 1,75 m latách. Má široké možnosti použitia pri dĺžkach zámer od 1,8 m do 100 m s presnosťou ± 1, 5 mm . km^-1.

Laserové nivelačné prístroje

Na rozdiel od libelových a kompenzátorových nivelačných prístrojov, ktoré z hľadiska zdroja svetla označujeme ako optické nivelačné prístroje, pri laserových nivelačných prístrojoch je svetelným lúčom realizujúcim zámernú priamku laserový lúč. Tento vzniká obyčajne v hélium-neónových plynových laseroch a do potrebného tvaru formuje optický systém. Laserovými nivelačnými prístrojmi pri použití špeciálnych nivelačných latiek možno dosiahnuť zámery do 500 m, čím sa zvyšuje efektívnosť meračských prác a uľahčuje prekonávanie terénnych prekážok. Prístrojmi sa dosahuje presnosť TN.

Rotujúce laserové nivelačné prístroje (napríklad Wild LNA 2L, AMMANN laser technik AG 20 a 30) s rotujúcim laserovým lúčom okolo svojej zvislej osi (laserový lúč sa samočinne pri postavení prístroja urovná) možno efektívne využiť pri rozličných stavebných prácach (plošná nivelácia, úprava a vyrovnávanie terénov, určovanie výšok pre rôzne stavebné stroje a pod.). Prístroje majú malú hmotnosť a laser napája batéria alebo suché články.

Nivelačné laty

Nivelačné laty, ako pracovné meradlá na určovanie výškových rozdielov, spolu s nivelačnými prístrojmi rozhodujúco ovplyvňujú presnosť nivelácie. Musia však spĺňať požiadavky na materiál a technickú realizáciu stupníc, aby neskresľovali namerané výsledky. Na VPN a PN, t. j. pre nivelačné ťahy I. až III. rádu, sa používajú špeciálne prístroje a nivelačné laty s dvoma stupnicami vzájomne posunutými o určitú konštantu, ktorá je na invarových pásoch. Na invarovom páse je stupnica napnutá silou 200 newtonov (20 kg).

Kontrola, rektifikácia a vplyvy na presnosť nivelácie

Pred meraním je kľúčové overiť správnu funkčnosť nivelačného prístroja. Pre technické nivelačné prístroje (ako napr. MEOPTA NK 30 x) sa vyžaduje, aby mali optický mikrometer (okrem prístrojov na niveláciu IV. rádu). Kontrola rektifikácie prístroja je splnená, ak kruhová libela v každom smere nevykazuje výchylku. Túto podmienku kontrolujeme približne raz za mesiac, v prípade, že sa nivelačný prístroj často používa alebo je vystavený náročným podmienkam.

Chyby, ktoré môžu ovplyvniť presnosť nivelácie, vznikajú napríklad pri nedostatočnej rektifikácii a zväčšujú sa, ak nie je splnená podmienka urovnania osi zámernej roviny (L II Z). Opravy sa zavádzajú z nivelačnej refrakcie a z kolísania zvislice. Presnosť závisí aj od vplyvu teploty a vlhkosti. Chyba závisí od hmotnosti prístroja, povrchu a času merania. Pred meraním sa tiež overuje výška bodu, z ktorého sa meranie začína. V chladnom počasí je dôležité nechať prístroj prispôsobiť sa prostrediu.

Vypracovanie technickej správy: Dokumentácia a kontext

Súčasťou technickej správy z nivelačného ťahu je aj kontext jeho zaradenia do širších geodetických základov a dôkladná dokumentácia. Body bodových polí, ktoré sú v prírode trvale stabilizované, prípadne signalizované a majú vyhotovené predpísané doklady (geodetické alebo nivelačné údaje), sa nazývajú geodetické body. Výškové geodetické body sú základom pre výškové merania.

Dokumentácia v trigonometrickej sieti sa zakladala podľa triangulačných listov a obsahovala zoznam súradníc, zákresy bodov v triangulačných listoch, neskôr aj v mapách a takzvané triangulačné údaje vrátane miestopisu, podobne ako teraz Geodetické údaje. Cieľom revízie trigonometrických bodov bolo uviesť tieto body v prírode a ich údaje v geodetických dokumentáciách do takého stavu, aby boli spoľahlivým podkladom všetkého merania a mapovania, potrebného najmä pre investičnú výstavbu a obranu štátu. To isté platí aj pre nivelačné body, ktoré sú neoddeliteľnou súčasťou týchto geodetických základov.

Pri vypracovaní správy je dôležité zaznamenať polohu každého trigonometrického bodu vzhľadom na najbližšie pevné body alebo pevné predmety v okolí (rohy budov, okraje mostov, stredy priepustí, kríže, pomníky, stožiare, nivelačné kamene, medzníky, ploty, výnimočne aj vidlice a križovatky ciest a lesných priesekov, rohy lesa, lomy a pod.) a vyhotoviť polohopisný zákres (miestopis), ktorý nadväzuje na polohopis zakreslený v topografickej mape. Ak sú pevné body v blízkosti (asi do 100 m), zameriava sa poloha trigonometrického bodu nadbytočnými krížovými mierami (vzdialenosti od pevných bodov) alebo kolmicou na zámernú priamku a pre kontrolu aj omernými mierami.

Stabilizácia trigonometrických bodov sa vykonávala jednou povrchovou a dvoma podzemnými stabilizačnými značkami. Povrchová stabilizačná značka bol kamenný hranol s rozmermi 20 x 20 x 80 cm s krížikom. Vrchná podzemná značka bola kamenná platňa s rozmermi 40 x 40 x 10 cm, osadená v hĺbke 110 cm. Spodná podzemná značka bola sklenená platňa rozmerov 16 x 16 x 2,5 cm. Všetky tri značky museli ležať na zvislici s krajnou odchýlkou 3 mm. Stabilizácia bodov skorších sietí sa zachovala, prípadne doplnila alebo centricky obnovila. Trigonometrické body trvale signalizované (kostolné veže a pod.) sa spočiatku zabezpečovali jedným, neskôr dvoma bodmi (ZBI a ZBII), stabilizovanými nadzemnými a podzemnými značkami. Pre trigonometrické body v lesoch sa po roku 1960 zaviedli špecifické postupy stabilizácie.

Súradnicové vyrovnanie trigonometrických sietí až do V. rádu sa vykonávalo metódou najmenších štvorcov. V sieťach II. a III. rádu sa obvykle vyrovnávali dva alebo niekoľko bodov spoločne a v sieťach IV. a V. rádu sa vyrovnával obvykle každý bod samostatne. Stredné chyby vyrovnaných súradníc bodov siete V. rádu nemali byť väčšie ako 0,015 m. Podobné princípy presnosti a vyrovnania platia aj pre nivelačné ťahy v rámci celkových geodetických sietí, čo je dôležité reflektovať v technickej správe.

tags: #nivelacny #tah #technicka #sprava