Výškové systémy na Slovensku, veľmi presná nivelácia
1. Výškové systémy na Slovensku:
Výškový systém určuje:
• výškové bodové pole a z neho vytvorenú nivelačná sieť
• nulový výškový bod (stredná hladina baltského mora pre výškový systém baltský po vyrovnaní)
• druh používaných výšok,
• spôsob vyrovnania výškových meraní.
Výškové bodové pole je vhodne rozmiestnené po celom území štátu. Delí sa na základné výškové bodové pole a podrobné výškové bodové pole.
Nivelačná sieť sa delí na:
1. Štátnu nivelačnú sieť(ŠNS), ktorá sa skladá z nivelačných sietí I. a II. rádu. Body týchto sietí patria do základného výškového bodového poľa.
2. Podrobnú nivelačnú sieť, ktorá sa skladá z nivelačnej siete III. a IV. rádu, plošných nivelačných sietí a zo siete výšok bodov podrobného polohového bodového poľa (PPBP), ktorých výšky boli určené technickou niveláciou.
Nadmorské výšky bodov výškového bodového poľa sa od roku 1957 udávajú v záväznom Baltskom výškovom systéme po vyrovnaní (Bpv). V Bpv sa používajú normálne výšky (od kvázigeoidu) s nulovým výškovým bodom v Kronštadte (vojenská pevnosť vo Fínskom zálive v Rusku).
2. Výškové systémy v Českej republike.
Výškové nivelačné siete tvorí množina vhodne volených a stabilizovaných bodov, ktorých výšky sa určujú niveláciou a počítajú sa v určitom výškovom systéme. Na ňu potom nadväzujú ďalšie výškové merania, ktoré sa použíajú pre praktické účely. Z vedeckého hľadicka je sieť veľmi presnej nivelácie (VPN) spolu s gravimetrickou sieťou potrebná pre určenie tvaru a rozmeru Zeme a pre zisťovanie zmien zemského povrchu. Výškové bodové pole sa rozdeľuje na základné a podrobné výškové bodové pole.
Základní výškové bodové pole tvorí:
• základné nivelačné body,
• body Českej štátnej nivelačnej siete I. až III. rádu (záväzná skratka „ČSNS“.
Podrobné výškové bodové pole tvorí:
• nivelačné siete IV. rádu,
• plošné nivelačné siete,
• stabilizované body technických nivelácií.
2.1. Základné nivelačné body
Základné nivelačné body tvorí 12 nivelačných bodov, ktoré slúžia k zaisteniu Českej štátnej nivelačnej siete. Sú stabilizované vo vybraných lokalitách stanovených na základe geologických posudkov. Stabilizácie ZNB sú prevedené v neporušených skalných vyvýšeninách a sú chránené pomníkom.
2.2. Body ČSNS I. až III. rádu.
Body ČSNS I. až III. rádu sú rozložené na území štátu tak, aby umožňovali nadväzujúce výškové meranie. Vzdialenosť nivelačných bodov v nivelačných ťahoch v nezastavanom území je priemerne 1km, v zastavanom území 300m.
2.3. Nivelačné siete IV. rádu.
Nivelačné siete IV. rádu ďalej zhusťujú nivelačné siete vyšších rádov.
3. Veľmi presná nivelácia.
Podľa vyžadovanej presnosti pre nivelačné práce v nivelačnej sieti delíme niveláciu na:
• zvlášť presnú niveláciu (ZPN),
• veľmi presnú niveláciu (VPN),
• presnú niveláciu (PN),
• technickú niveláciu (TN).
V štátnej nivelačnej sieti sa používajú meracie metódy presnej nivelácie, veľmi presnej nivelácie a zvlášť presnej nivelácie. Jednotlivé metódy sa od seba líšia konštrukciou a presnosťou použitých prístrojov, meracím postupom na stanovisku v nivelačnej zostave, v nivelačnom oddieli a v ťahu, obsahom meračského a výpočtového operátu a strednou kilometrovou chybou. Zvlášť presná nivelácia, s technológiou určenou na špeciálne práce, sa používa vtedy, keď nestačí presnosť určená pre I. a II. rád základného výškového bodového poľa.
V inžinierskej geodézii pri meraní zvislých posunov používame pojem presná nivelácia, kde sa dosahuje presnosť charakterizovaná jednotkovou strednou kilometrovou chybou m0 < 0,5 mm, teda ako zvlášť presná nivelácia.
Na posudzovanie presnosti nivelačných meraní používame jednotlivú kilometrovú strednú chybu, ktorá sa vypočíta z rozdielov prevýšení ρ v nivelačných oddieloch
3.1. Prístroje a pomôcky na veľmi presnú niveláciu.
Základnú nivelačnú súpravu pre presnú niveláciu tvorí presný nivelačný prístroj, stojan (nie so zasúvacími nohami), invarové nivelačné laty, nivelačné podložky a kliny, slnečník, teplomer, meračské pásmo.
Podľa konštrukcie nivelačné prístroje delíme:
• libelové,
• kompenzátorové,
• digitálne nivelačné prístroje.
Libelové nivelačné prístroje na VPN.
Podľa inštrukcie na práce vo výškových bodových poliach sú na prístroje pre VPN kladené tieto požiadavky:
a) ďalekohľad má byť konštantnej dĺžky (s vnútorným zaostrovaním), minimálne s 30 násobným zväčšením,
b) citlivosť libely γ<30cc/2 mm, koincidenčný spôsob urovnania libely,
c) optický mikrometer s možnosťou odčítania menej ako na 0,1 mm,
d) stredná chyba urovnania zámernej priamky ma< 0,6cc ,
e) prístroj sa stavia na pevný, dostatočne masívny, neskladací stojan.
U nás je z tejto kategórie nivelačných prístrojov najpoužívanejší Zeiss Ni 004. Prístroj má 44násobné zväčšenie ďalekohľadu, citlivosť libely 30cc/2 mm, jednotkovú kilometrovú strednú chybu m0 = 0,4 mm.
Kompenzátorové nivelačné prístroje na VPN.
Na meranie nivelačných ťahov I. a II. radu sa môžu používaťkompenzátorové prístroje, ktoré podstatne urýchľujú meračské práce. Musia spĺňať tieto požiadavky:
a) kruhová libela má mať citlivosť väčšiu ako 20cc na 2 mm,
b) laboratórne sa overí, či kompenzačný systém pracuje s vyžadovanou presnosťou ma<0,6cc .
Digitálne nivelačné prístroje
Princíp digitálneho nivelačného prístroja spočíva v jednodimenzionálnom spracovaní obrazu laty. Oko merača je nahradené riadkovým senzorom. Tento senzor prevádza kódové delenie nivelačnej laty na obrazový signál, ktorý je pomocou korelačných vzťahov premenený na číselnú hodnotu.
Pri elektronickom meraní je obraz kódového latového úseku privádzaný na riadkový detektor, ktorý oddelí infračervené svetlo od normálneho. Riadkový detektor prevádza vstupný obraz na analógový videosignál. Ďalšia časť elektroniky zosiľuje a digitalizuje videosignál.
Spracovanie signálu.
Na spracovanie kódového signálu je použitá metóda dvojrozmernej korelačnej funkcie. Hľadáme výškový rozdiel medzi prístrojom a latou, a určujeme mierku kódového obrazu ako funkciu vzdialenosti. Znamená to, že meračský signál sa porovnáva s referenčným signálom. V mieste, v ktorom dôjde ku korelácii sa vytvorí ihlan, súradnice jeho špičky (maxima) sú hľadané hodnoty vzdialenosti d0 a výšky h0. Na vyhľadanie maxima korelačnej funkcie musí výpočet prebehnú v celom rozsahu merania (d = 1,8 .....100 m a h = 0 ..4,05 m).
Latový kód je vytvorený binárnym kódom, zostaveným len z čiernych a bielych plôch. Úplný kód obsahuje 2000 elementov na dĺžke 4,05 m, to znamená že rozmer jedného základného elementu je 4050/2000 = 2,025 mm. Tento kód bol vybraný z dôvodov, aby bola umožnená korelácia v rozsahu vzdialenosti od 1,8 .. 100 m.
Nivelačné laty pre VPN
sú pracovné meradlá, od ich kvality závisí presnosť výsledkov merania. Pri meraní vo výškových sieťach sa používajú dvojice komparovaných 3m lát s invarovými pásmi. Na invarovom páse sú dve stupnice navzájom posunuté o konštantnú hodnotu (606.650).
3.2. Chyby pri presnej nivelácii (ZPN, VPN, PN)
Prístrojové chyby:
1. paralaxa zámerného kríža (odstráni sa presným zaostrením zámerného kríža),
2. rúnová chyba (pootočením mikrometra o 100 dielikov sa má zámerná priamka posunúť o 1 latový dielik),
3. chyba v urovnaní zámery kompenzátorom má byť menšia ako 1cc ,
4. chyba z nesplnenia osovej podmienky L || Z (odstráni sa niveláciou zo stredu) .
Chyby lát:
1. nulová plocha laty (pätka) má byť kolmá na zvislú os laty,
2. nulová plocha laty (pätka) má byť totožná so začiatkom delenia stupnice,
3. chyba z nezvislosti lát. Zvislosť laty sa zaisťuje opornými tyčami. Pravidelne sa rektifikuje libela na late. Jej citlivosť musí byť minimálne 45cc/2 m.
4. prehnutie laty (u starších lát),
5. chyba z nepresnej dĺžky latového metra, laty je potrebné pravidelne komparovať.
Chyby počas merania:
1. chyba v cielení (pointácii) na dielik laty. Zvýšenie presnosti v cielení na dielik late pomohlo zavedenie klinovej úpravy zámerného kríža,
2. vplyv teploty,
3. chyba zo zmeny výšky prístroja a podložiek s latami v priebehu merania,
4. chyba z nivelačnej refrakcie. Účinok chyby sa znižuje skrátením zámer a čítaním údajov na late väčších ako 0,5 m,
5. chyba z čítania.
Zásady starostlivosti o nivelačný prístroj:
1. nivelačný prístroj nesmie byť prepravovaný ako vlaková alebo autobusová zásielka. Pri prevoze sa chráni proti otrasom,
2. pred meraním ho necháme 15 minút temperovať,
3. pri meraní chránime prístroj a stojan pred priamym slnečným osvetlením pomocou slnečníka,
4. pri prenášaní na iné stanovisko držíme prístroj vzpriamene.
