Geodézie pro stavitelství KMA/GESold.gis.zcu.cz/projekty/Geomatika_multimedialne/GES... · nivelace •převýšení dvou bod ů se určuje pomocí horizontu nivela čního přístroje,

1

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNIFakulta aplikovaných věd - KMAoddělení geomatiky

Geodézie pro stavitelství

KMA/GES

Ing. Martina Vichrová, Ph.D.

[email protected]

Vytvoření materiálů bylo podpořeno prostředky z projektu FRVŠ č. 584/2011.

Přístroje a metody pro určování výšek

TISK

2

Absolutní a relativní výška

výška – vzdálenost bodu od nulové hladinové (referenční) plochy procházející nulovým výškovým bodem měřená podél svislice (ve směru siločar tíhového pole Země) = absolutní (nadmořská) výška

relativní výška – vzdálenost bodu od jiné hladinové plochy než plochy nulové měřená podél svislice

V praxi se neměří přímo výška, ale převýšení, tj. rozdíl výšek dvou bodů, a to buď absolutních výšek nebo relativních výšek vztažených k téže hladinové ploše.

HA – absolutní výška

HB – relativní výška

∆HAB – převýšení

Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 10

Referenční a hladinové plochy

referenční plocha – kulová plocha procházející nulovým výškovým bodem O na střední hladině blízkého moře ostatní hladinové plochy – soustředné kulové plochy (skutečné horizonty bodů na fyzickém zemském povrchu) zdánlivé horizonty – tečné roviny ke skutečným horizontům


3

Metody určování výšek

nivelace• převýšení dvou bodů se určuje pomocí horizontu nivelačního přístroje, který vytne na nivelačních latích postavených na zmíněných bodech laťové úseky, z nichž se vypočte výsledné převýšení

hydrostatická nivelace• založena na fyzikálním zákoně o spojených nádobách naplněných vhodnou kapalinou

trigonometrické měření• převýšení se určuje na základě řešení trojúhelníka

barometrické měření• je založeno na měření barometrického tlaku vzduchu


Referenční plochy

pro určování výšky je nutné určit nulovou hladinovou plochu kulová nulová hladinová plocha procházející nulovým bodem na střední hladině moře → absolutní výška

• je definována jako vzdálenost bodu od této nulové hladinové plochy měřené podél svislice

nulová hladinová plocha – geoid s tíhovým potenciálem W0 = konst. → pravá ortometrická geodetická výška

• tíhové zrychlení roste od rovníku k pólům → hladinové plochy se směrem k pólům sbíhají → body téže hladinové plochy mají různé výšky nad geoidem → výsledky výškových měření závisí na cestě, po které měříme• Výsledky výškového měření je nutné opravit o korekce vlivu tíhového pole Země !!!


4

Referenční plochy

pro určování výšky je nutné určit nulovou hladinovou plochu kulová nulová hladinová plocha procházející nulovým bodem na střední hladině moře → absolutní výška

• je definována jako vzdálenost bodu od této nulové hladinové plochy měřené podél svislice

nulová hladinová plocha – geoid s tíhovým potenciálem W0 = konst. → pravá ortometrická geodetická výška

• tíhové zrychlení roste od rovníku k pólům → hladinové plochy se směrem k pólům sbíhají → body téže hladinové plochy mají různé výšky nad geoidem → výsledky výškových měření závisí na cestě, po které měříme• Výsledky výškového měření je nutné opravit o korekce vlivu tíhového pole Země !!!


Referenční plochy nulová hladinová plocha – elipsoid

• výška je definována jako délka tížnice mezi elipsoidem a bodem→ normální ortometrická výška• Naměřené převýšení je nutno opravit o normální ortometrickou korekci !!!

nulová hladinová plocha – kvazigeoid • výška je definovaná jako délka tížnice mezi kvazigeoidem a bodem→ normální (Moloděnského) výška• Naměřené převýšení je nutno opravit o normální ortometrickou korekci odpovídající střední hodnotě tíhové anomálie!!!


5

Výškové základy v ČR

V ČR je tvoří bývalá Československá jednotná nivelační síť (ČSJNS). Body tétosítě jsou zaměřeny v síti nivelačních pořadů geometrickou nivelací a trvalestabilizovány. Soubory těchto bodů pak vytvářejí výšková bodová pole.

Vyhláška 31/11995 Sb.

Vyhláška, kterou se provádí zákon č. 200/1994 Sb., o zeměměřictví a o změně a doplnění některých zákonů souvisejících s jeho zavedením, ve znění vyhlášky č. 212/1995 Sb., vyhlášky č.

365/2001 Sb., vyhlášky č. 92/2005 Sb. a vyhlášky č. 311/2009 Sb.

Polohové bodové pole

Vyhláška 31/1995 Sb., Příloha 4

Výškové bodové pole základní výškové bodové pole

• základní nivelační body (ZNB),• body ČSNS I. až III. řádu

podrobné výškové bodové pole• nivelační sítě IV. řádu,• plošné nivelační sítě,• stabilizované body technických nivelací.

• body jsou označeny číslem, popřípadě i názvem, a příslušností k evidenční jednotce,

• body jsou trvale stabilizovány stanovenými značkami,• u bodů jsou podle potřeby zřízena ochranná zařízení (skruže, tyče,

výstražné tabulky), • chráněná území bodů jsou označena výstražnými tabulemi s nápisem

"CHRÁNĚNÉ ÚZEMÍ GEODETICKÉHO BODU".

6

Základní nivelační body

ZNB – základní nivelační body• je jich celkem 11 rozmístěných po území ČR• bod Lišov (u Českých Budějovic)• výšky jsou pravidelně ověřovány (VPN) • seznam ZNB

http://bodovapole.cuzk.cz/

Nivelační síť se buduje tak, aby vzdálenost nivelačních bodů v nivelačníchpořadech v nezastavěném území byla menší než 1,0 km a v zastavěném území bylav průměru 0,3 km.

Body ČSNS I. – III. řádu

body ČSNS I. řádu (ZNB a nivelační body vložené mezi ZNB)• jsou měřeny pomocí VPN• tvoří nivelační pořady, které se seskupují do nivelačních polygonů, jejichž délka je mezi 300 a 400 km• nivelační polygony jsou uzavřené obrazce, které uzavírají část území zvanou nivelační oblast

nivelační polygony I. řádu uzavírají nivelační oblasti I. řádu. Do obrazců sítě I. řádu se vkládají nivelační pořady II. řádu. Tyto pořady tvoří spolu s částmi pořadů I. řádu uzavřené polygony (průměrná délka je 100 km) a ohraničují oblasti II. řádu (měření pomocí VPN) nivelační pořady III. a IV. řádu (měření pomocí PN)


7

Nivelační oblasti I. řádu se značí od západu k východu a po vrstvách od severu k jihu velkými písmeny. Jednotlivé nivelační pořady I. řádu se pak označují dvojicí velkých písmen styčných oblastí a názvy výchozího a koncového bodu pořadu I. řádu.

Nivelační oblasti II. řádu se značí dvěma písmeny: velkým písmenem oblasti I. řádu a malým písmenem (od západu k východu a po vrstvách od severu k jihu). Nivelační pořady II. řádu se značí velkým písmenem oblasti I. řádu, dvěma malými písmeny styčných oblastí II. řádu a názvy výchozího a koncového bodu pořadu II. řádu.

Nivelační pořady III. řádu se označují velkým písmenem oblasti I. řádu, malým písmenem oblasti II. řádu, pořadovým číslem a názvy výchozího a koncového bodu pořadu III. řádu.

Nivelační pořady IV. řádu se označují velkým písmenem oblasti I. řádu, malým písmenem oblasti II. řádu, nulou s pořadovým číslem a názvy výchozího a koncového bodu pořadu IV. řádu.




body plošné nivelační sítě – síť nivelačních pořadů, rozložených na ploše zaměřovaného území (obce, průmyslového závodu, oblasti geologického průzkumu,…)

• plošné nivelační sítě – PNS (měření pomocí PN)

výškové indikační body – VIB• pro zvláštní účely (např. pro sledování vertikálních pohybů zemské kůry) • tvoří výšková indikační pole (VIP)• měření pomocí zvlášť přesné nivelace (ZPN).


8

Výškové systémy

určující prvky výškového systému: • výškové bodové pole• střední hladina použitého moře (nulový výškový bod)• druh použitých výšek (způsob respektování tíhového pole)• způsob zpracování (vyrovnání)

nyní se v ČR používá výškový systém baltský po vyrovnání - Bpv• zaveden roku 1957• normální Moloděnského výšky• ČSJNS• střední hladina Baltského moře (nulový vodočet v Kronštadtu)• výška výchozího bodu Lišov – 564,7597 m

dříve se užíval sytém jaderský• normální ortometrické výšky• střední hladina Jaderského moře• nulový bod v Terstu• výška výchozího bodu Lišov – 565,1483 m

Rozdíl mezi jaderským a baltských systémem je cca 40 cm!!!Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 10

Výškové systémy užívané v ČR

Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitoly 10 a 11

9

Stabilizace NB


Stabilizace NB


10

Nivelační údaje

• označení nivelačního pořadu,• číslo nivelačního bodu, délku oddílu a vzdálenost od počátku pořadu v kilometrech na tři desetinná místa,• číslo předcházejícího nivelačního bodu v pořadu, uzlového nebo připojovacího bodu,• lokalizační údaje o územních jednotkách (okresu, obci, katastrálním území), označení listu Státní mapy odvozené v měřítku 1:5 000, označení Základní mapy ČR 1:50 000,• místopisný náčrt s vyhledávacími mírami a místopisný popis,• druh značky, stupeň stability, druh stabilizace, druh nivelačního bodu, rok určení nadmořské výšky, stav a stáří objektu s nivelační značkou,• údaje o zřízení nivelačního bodu.


Nivelační údaje Nivelační údaje bodů podrobného výškového bodového pole obsahují vybrané údaje podle předchozího bodu.

Nadmořské výšky jsou uvedeny v nivelačních údajích

• v metrech na 3 desetinná místapro pořady I. - IV. řádu a plošné nivelační sítě• na 2 desetinná místa u ostatních nivelačních bodů.

Nivelační body se označují v evidenčních jednotkách, kterými jsou nivelační pořad nebo plošná nivelační síť. Nivelační sítě, pořady a body jsou zobrazeny v dokumentačních mapách a v přehledech.


11


Informace o ZNB a nivelační údaje je možno získat z Databáze bodových polí na (http://dataz.cuzk.cz )

Výškové bodové pole - databáze

Základní nivelační body


12

Základní nivelační

body

ZNB Lišov

I. ZNB Lišov

13

IX.ZNB Železná Ruda

ZNB Železná Ruda



14




15





16



Nivelační údaje


17

Aplikace nivelace při správě ZGS


Geometrická nivelace - princip


18

Nivelační přístroje

realizují vodorovnou rovinu, liší se konstrukcí, výkonností a vybavením

dělení nivelačních přístrojů:• podle realizace vodorovné roviny:

libelovékompenzátorové

• podle zdroje světla:optickélaserové

• podle způsobu odečítání:vizuálníautomatické

• podle přesnosti (střední jednotkové kilometrové chyby obousměrné nivelace m0):

velmi přesné nivelační přístroje (VPN)přesné nivelační přístroje (PN)technické nivelační přístroje (TN)nivelační přístroje s nižší přesností (NP)


Libelové nivelační přístroje užívané před rokem 1950, dnes se prakticky nepoužívají třínožka (T), alhidáda (A), čep (Č), vidlice, dalekohled (D), kloub (K), nivelační libela (NL), ustanovka (U), krabicová libela (KL) kvalitu přístroje charakterizuje:

• zvětšení dalekohledu• citlivost nivelační libely• úprava nitkového kříže• optický mikrometr pro přesnější čtení laťových úseků

staví se na stativ

Urovnání nivelační libely před každým měřením!!!

Příprava nivelačního přístroje na stanovisku:• postavení stativu (deska stativu přibližně vodorovná)• zaostření nitkového kříže• hrubá horizontace podle krabicové libely• zacílení na lať a zaostření obrazu• urovnání nivelační libely elevačním šroubem• čtení na laťové stupnici


19

Kompenzátorové nivelační přístroje kompenzátory

• automatické nastavení záměrné přímky do vodorovné polohy• kapalinové nebo kyvadlové

třínožka (T) se stavěcími šrouby (Š) a ložiskem pro čep, alhidáda (A), svislý čep (Č), dalekohled (D), kompenzátor (K), pomocná krabicová libela (KL)

Před vlastním odečtením jemně poklepat na přístroj a ověřit tak funkčnost kompenzátoru!!!

Příprava nivelačního přístroje na stanovisku:•Příprava je shodná jako u libelových nivelačních přístrojů. Odpadá však urovnání nivelační libely. •Při pořadové nivelaci se doporučuje urovnávat krabicovou libelu na záměru vzad a vpřed.•Před vlastním odečtením se doporučuje jemně poklepat na přístroj a přesvědčit se tak o správné funkci kompenzátoru.


Laserové nivelační přístroje Světelný paprsek realizující záměrnou přímku je v tomto případě nahrazen viditelným laserovým paprskem. možno použít delší záměry speciální nivelační latě s čidlem (umožňuje určit střed záměry) Z konstrukčního hlediska je možné laserové nivelační přístroje rozdělit na:

• kompaktní (zdroj a dalekohled tvoří jediný celek),• aditivní (do okuláru běžného nivelačního přístroje se vhodným způsobem přivádí světlo z laseru),• rotující (přístroje s rotujícím laserovým paprskem; vodorovnou záměru lze sledovat současně na více latích vybavených detektory; přesnost je 0,8 až 3 mm/100 m, dosah 200 až 300 m; efektivní je jejich využití při různých běžných i speciálních stavebních pracích).

laserový paprsek možno použít delší záměry

speciální čidla na lati rotující přístroje


20

Nivelační latě nivelační latě jsou ze dřeva, z lehkého kovu nebo z kombinace dřeva a invarového pásku délka latí bývá 1,7; 2; 3; 4 m, šířka kolem 10 cm latě jsou buď celistvé nebo sklápěcí, popř. se teleskopicky zasouvají bývají opatřeny jedním nebo dvěma držadly, příp. opěrkami pro snažší udržení ve svislé poloze, do níž se umísťují pomocí kruhové libely na lati je vyznačena délková stupnice vhodného dělení některé latě mají dvojí číslování (pro kontrolu) jiné jen jediné dělení stupnice bývá nejčastěji centimetrové, pro přesnější práce se používá půlcentimetrové či čárkový kód na stupnicích se číslují převážně decimetrové dílky výjimečně též centimetrové dílky úprava dělení stupnic je různá, dílky jsou vyznačené silnějšími čárkami –stupnice čárkové, nebo černými (červenými) a bílými políčky šachovnicového tvaru – šachovnicové stupnice, nebo tvaru písmene e – éčkové stupnice


Nivelační latě nivelační latě jsou ze dřeva, z lehkého kovu nebo z kombinace dřeva a invarového pásku délka latí bývá 1,7; 2; 3; 4 m, šířka kolem 10 cm latě jsou buď celistvé nebo sklápěcí, popř. se teleskopicky zasouvají bývají opatřeny jedním nebo dvěma držadly, příp. opěrkami pro snažší udržení ve svislé poloze, do níž se umísťují pomocí kruhové libely na lati je vyznačena délková stupnice vhodného dělení některé latě mají dvojí číslování (pro kontrolu) jiné jen jediné dělení stupnice bývá nejčastěji centimetrové, pro přesnější práce se používá půlcentimetrové či čárkový kód na stupnicích se číslují převážně decimetrové dílky výjimečně též centimetrové dílky úprava dělení stupnic je různá, dílky jsou vyznačené silnějšími čárkami –stupnice čárkové, nebo černými (červenými) a bílými políčky šachovnicového tvaru – šachovnicové stupnice, nebo tvaru písmene e – éčkové stupnice


21

Nivelační podložky

Pokud se latě nestaví na pevný podklad, umísťují se na nivelační podložky - buď ploché či hřebové.

Ploché podložky mají trojúhelníkový nebo kruhový tvar, jsou ze silného plechu, popř. litiny, mají jeden nebo dva nahoře zakulacené výstupky a jsou opatřeny držadlem. Spodní část podložky se třemi hroty se zatlačí do země.

Pro přesnější práce se používají hřebové podložky. Mají polokulovitý výčnělek, prstenec a kuželovitý či jehlanovitý dřík. K zatlučení do země se používá palice a zvláštní objímka, která zamezuje poškození vrchlíku. Hřeb se vytahuje pomocí kovového oka.

Zdroje chyb při nivelaci

nevyhnutelné chyby

• chyby systematickéze zakřivení horizontu (geometrická nivelace ze středu)

ze sklonu záměrné přímky (L – geom. niv., K – jenom zmenšit)

ze svislé složky refrakce (geometrická nivelace ze středu)

z nesprávné hodnoty délky laťového úsekuz nesvislé polohy latě

• nahodilé chybyz nepřesného urovnání nivelační libelyze změny výšky přístroje a latěze čtení laťové stupnicez nestejnoměrného dělení laťové stupnice a nekolmostiz přeostření dalekohledu


22

Metody nivelace

geometrická nivelace kupředu

geometrická nivelace ze středu


Geometrická nivelace ze středu

23

Geometrická nivelace - rozdělení

technická nivelace (TN)

přesná nivelace (PN)

velmi přesná nivelace (VPN)• při měření v ZVBP – nivelační sítě I. a II. řádu

zvlášť přesná nivelace (ZPN)• pro výškové určení VIB (výškové indikační body)• další použití při speciálních pracích s vysokými nároky na dosaženou přesnost


24

Technická nivelace – TN

řídí se Směrnicí pro technickou nivelaci

použití: pro běžné technické účely, pro určení nadmořských výšek bodů v podrobném výškovém bodovém poli

rozlišuje se technická nivelace základní přesnosti (nižší nároky na přesnost) a zvýšené přesnosti (vyšší nároky na přesnost)

nivelační souprava• nivelační přístroj s minimálně 16-ti násobným zvětšením s nivelační libelou o citlivosti alespoň 60´´/2mm (koincidenční libela 80´´/2 mm) nebo kompenzátorem odpovídající přesnosti• nivelační latě se zřetelným dělením, pevnou patkou (při zvýšené přesnosti se vyžadují celistvé latě z jednoho kusu vybavené urovnávací libelou)• lehké nivelační podložky


Technická nivelace – TN

délka záměr až 120 m, záměry se určují odhadem nivelační oddíl se měří jedenkrát, u volných pořadů dvakrát při zvýšené přesnosti maximální délka záměr 80 m (optimální je 40 až 50 m) sestavy se půlí krokováním, popř. se kontrolují nitkovým dálkoměrem výška záměry nad terénem minimálně 0,3 m nivelační oddíl se měří vždy dvakrát, v případě použití dvou latí se volí sudý počet sestav

( dopustné odchylky pro měřené převýšení jednou/dvakrát pro TN základní přesnosti a TN se zvýšenou přesností; L je délka nivelačního pořadu v kilometrech)

videa: základní součásti přístroje Topcon ATB3 a WILD NAK2


25

Zápisník TN


Přesná nivelace – PN

řídí se Nivelační instrukcí pro práce v ČSJNS při měření výšek ve výškovém bodovém poli, hlavně v pořadech III. a IV. řádu a v PNS, a při speciálních pracích vyšší přesnosti z oblasti inženýrské geodézie

přesná nivelace pro měření nivelačních pořadů IV. řádu a PNSspadajících do PVBP a pro měření nivelačních pořadů III. řáduspadajících do ZVBP

nivelační souprava• nivelační přístroj s minimálně 24 násobným zvětšením, nivelační libelou o citlivosti alespoň 20,6´´/2mm (koincidenční libela 41´´/2 mm) nebo kompenzátorem odpovídající přesnosti• pevné stativy• celistvé nivelační latě z jednoho kusu vybavené urovnávací libelou (pro měření nivelačních pořadů III. řádu musí mít latě invarovou stupnici a opěrky)• těžké litinové nivelační podložky


26

Přesná nivelace – PN každý pořad se niveluje dvakrát (tam a zpět) alespoň v jinou denní dobu při použití dvou latí sudý počet sestav záměry se rozměřují pásmem s přesností na 1 dm záměry max. 50 m výška záměry nad terénem min. 50 cm (v případě kratších záměr ve svažitém terénu 25 cm) měření nivelačních pořadů III. řádu záměry délku max. 40 m a výška záměry nad terénem min. 80 cm (v případě kratších záměr ve svažitém terénu 40 cm).

Mezní odchylka mezi nivelovaným převýšením tam a zpět, která se určí zevzorce: ,při měření nivelačních pořadů III. řádu

,kde R je délka nivelačního oddílu v kilometrech.

Mezní odchylka pro nivelační úsek, při měření nivelačních pořadů III. řádu

, kde L je délka nivelačního úseku v kilometrechČada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 11

Přesná nivelace – PN každý pořad se niveluje dvakrát (tam a zpět) alespoň v jinou denní dobu při použití dvou latí sudý počet sestav záměry se rozměřují pásmem s přesností na 1 dm záměry max. 50 m výška záměry nad terénem min. 50 cm (v případě kratších záměr ve svažitém terénu 25 cm) měření nivelačních pořadů III. řádu záměry délku max. 40 m a výška záměry nad terénem min. 80 cm (v případě kratších záměr ve svažitém terénu 40 cm).

Mezní odchylka mezi nivelovaným převýšením tam a zpět, která se určí zevzorce: ,při měření nivelačních pořadů III. řádu

,kde R je délka nivelačního oddílu v kilometrech.

Mezní odchylka pro nivelační úsek, při měření nivelačních pořadů III. řádu

, kde L je délka nivelačního úseku v kilometrechČada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 11

27

Hydrostatická nivelace

• p1, p2 je tlak vzduchu na hladiny v nádobách,

• ρ1, ρ2 je hustota kapalin,

• h1, h2 jsou relativní výšky hladin kapaliny v jednotlivých nádobách,

• g je tíhové zrychlení.

využití fyzikálních vlastností kapaliny umístěné ve dvou spojených nádobách tvořících hydrostatickou soupravu nádoby spojené hadicí se umísťují na body, jejichž převýšení chceme určit pro kapalinu v klidu v hydrostatické soupravě platí Bernoulliho rovnice rovnováhy


Trigonometrické určování výšek


28

Barometrické určování výšek

spočívá v měření barometrického (aerostatického) tlaku vzduchuvyvolaného tíhou zemské atmosféry tlak s rostoucí výškou klesá jednotkou tlaku je pascal (Pa) velmi hrubá metoda (nedosahuje ani decimetrové přesnosti), která je však rychlá a nenáročná výškový rozdíl dvou bodů se určí v závislosti na měřeném rozdílu barometrických tlaků základní barometrický vzorec (Laplaceův):

K je barometrický součinitel (K = 18 464),bA, bB jsou barometrické tlaky na bodech, jejichž převýšení určujeme,α je koeficient roztažnosti vzduchu (α = 273-1),t je průměrná teplota při měřeních.

měříme pomocí kovových barometrů – aneriodů metody měření: s jedním nebo dvěma přístroji (měří ve stejných předem dohodnutých časech, ale na jiných místech, pro přesnější práce)


Prameny a literatura

Čada Václav. Přednáškové texty z geodézie: kapitoly 10 – 14 http://www.gis.zcu.cz/studium/gen1/html/index.html


Vyhláška 31/1995 Sb.

29

Děkuji za pozornost …

Dotazy …

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNIFakulta aplikovaných věd - KMAoddělení geomatiky

Ing. Martina Vichrová, Ph.D.

[email protected]

Documents

Geodézie pro stavitelství KMA/GESold.gis.zcu.cz/projekty/Geomatika_multimedialne/GES... · nivelace •převýšení dvou bod ů se určuje pomocí horizontu nivela čního přístroje,