Пользование нивелиром с рейкой и получение точных измерений

Нивелир
Нивелир — достаточно распространенный инструмент. Его еще называют «уровнем». Он выполняет ряд важных задач. Его применяют во многих сферах.

Нивелиром пользуются топографы, проектировщики, строители и геодезисты. Также активно его применяют профессиональные и домашние мастера при проведении ремонтных работ. В конструкционном плане «уровень» очень простой. Представляет собой прибор для измерения разности высот.

Не все знают, как правильно работать с нивелиром. Некоторые домашние мастера решают определять разность высот на глаз. Но это неточно и может привести к серьезным проблемам в процессе строительства или ремонта. Профессиональные мастера часто используют лазерные типы. Они более современные и имеют высокую точность. Но стоят дороже оптических аналогов. Важно уметь пользоваться разными инструментами, понимать их принцип действия и особенности.

Разновидности нивелиров

В настоящее время в продаже можно найти различные типы нивелиров, которые различаются своими характеристиками. В зависимости от точности таких приборов их принято разделять на три категории:

1. Технические, погрешность которых может достигать 10 миллиметров.
2. Точные — с погрешностью не более 2 миллиметров.
3. Высокоточные — с допустимой погрешностью 0,5 миллиметров.

До недавнего прошлого востребованы были оптические нивелиры, однако сегодня наибольшей популярностью пользуются измерительные приборы, которые построены на электронной и лазерной технологии.

Лазерные нивелиры отличаются компактными размерами, а для использования такого прибора не требуются какие-либо профессиональные навыки. Сегодня наибольшую популярность подобные приспособления получили в строительстве, где с их помощью можно вычислять горизонтальность даже небольших по своему размеру поверхностей. Лазерные модели способны рисовать светящуюся четкую линию, наличие которой позволяет наглядным образом установить имеющиеся отклонения от горизонтали, что значительно упрощает выполнение необходимых расчетов.

Оптические приборы используют специальную конструкцию из многочисленных линз, что и позволяет строить максимально точное изображение, получая данные по горизонтальности поверхности. Такой измерительный прибор отличается простотой конструкции и легкостью в использовании. Он состоит из следующих элементов:

1. Зрительной трубы.
2. Подставки.
3. Круглого уровня.
4. Штатива или треноги.

Разберём пример выноса высоты на одной из точек.

Вы, стоя за прибором, визируетесь на рейку, стоящую на репере с известной высотной отметкой. Предположим, +148.900. Отсчёт по рейке на этой точке составил 1.100, соответственно, складывая, получаем +150.000 – наш Горизонт Инструмента (не стоит забывать, что прибор должен быть должным образом изначально отгоризонтирован и неподвижен в процессе работ). Предположим, мы хотим вынести высотную отметку H=149.600. Путём нехитрых вычислений, находим отсчёт, который должен быть на рейке: 150.000–149.600 = 0.400. Сообщаем помощнику об этой информации и он двигает рейку вертикально, до тех пор, пока отсчёт 0.400 не будет в перекрестье сетки нитей нивелира. Уверенным криком останавливаем помощника, и наблюдаем, как он закрепляет высоту точки. В случае работы на земле, в поле, на дачном участке в качестве маячка/репера удобнее всего использовать нарезанную арматуру небольшого сечения. На ней, например, разноцветным скотчем, будет обозначена наша высотная отметка. Нелишним будет также обозначить нашу закреплённую точку, намотав не неё сигнальную ленту, или соорудив подобие пирамиды из подручных материалов.

Вот такими не хитрыми операциями мы и освоили нивелир!:)

Правила работы

Работа с нивелиром не представляет особой сложности. Предлагаем вам простейший алгоритм использования этих измерительных приборов, что позволит вам даже без наличия какого-либо специального опыта получать максимально точные данные и определять даже малейшие отклонения от горизонтали.

1. Необходимо правильно установить штатив, для чего расслабляют крепежные винты, находящиеся на ножках, устанавливают нивелир горизонтально на неподвижной плоскости, при этом измерительный прибор должен располагаться на уровне груди. Закрепляют винты и фиксируют ножки.
2. На штативе устанавливают зрительную трубу, которую фиксируют крепежным винтом.
3. Нивелир приводится в горизонтальное положение, для чего вращают три регулировочных винта и выставляют пузырек с воздухом в центральном положении на круглом экране в видоискателе.
4. Выполняется фокусировка и настройка оптики. Окуляр следует подстроить под особенности зрения оператора. Для этого прибор наводят на большой освещенный объект, после чего, вращая кольцо на окуляре, добиваются четкого изображения.
5. Для работы вам потребуются две геодезических рейки, которые могут иметь длину в 3 или 5 метров. Рейки расчерчены в миллиметрах с одной стороны и в сантиметрах с другой. Они могут выполняться телескопическими из пластика или алюминия и раскладными из дерева.
6. Выравнивание по высоте. Геодезическую рейку устанавливают максимально близко от точки, которую необходимо измерить и выровнять. В окуляре можно будет наблюдать среднюю линию сетки, данные с которой записываются на бумажный или электронный носитель. Далее проводят аналогичные измерения с другими точками, определяют участок, по которому будет выполняться выравнивание, и на основании полученных расчетов можно будет обеспечить максимально точную и идеально ровную линию.
7. Выравнивание по средней линии позволит вам получить максимально точные данные. Необходимо выбрать место, где были бы видны все точки, через которые и нужно построить идеально ровную горизонтальную линию. Нивелир устанавливается таким образом, чтобы до ближайшей точки было не меньше 5 метров. Рейку выставляют спереди прибора, а вторая измерительная рейка устанавливается сзади. Задняя рейка будет необходима для нанесения отметок, а основная рейка спереди позволит рассчитать высоту. Прибор первоначально наводится на заднюю рейку, записываются значения по штрихам, после чего выполняют фокусировку на основной рейке и записывают данные по красной стороне.

Современные лазерные и электронные устройства позволяют существенно упростить вычисления. Вся информация и все данные рассчитываются автоматикой, после чего предоставляются пользователю в удобочитаемом виде. С использованием таких электронных и лазерных приборов сможет справиться каждый из нас, даже если он не имеет соответствующего опыта работы.

Нивелиры представляют собой достаточно простые в использовании приборы, позволяющие получать геодезические данные и определять идеальную геометрию и горизонтальность плоскости. Использование таких приборов не представляет сложности, в особенности при применении для измерения лазерных и электронных нивелиров.

Итак, предположим, что мы имеем:

1. Вы, с телефоном, калькулятором или на худой конец с блокнотом и карандашом.
2. Оптический нивелир (желательно с компенсатором, что очень облегчит процесс работ).
3. Штатив.
4. Одна или две нивелирные рейки (рисунок на них может быть как шашечный (чёрно-красные полосы), так и в виде линейки, при небольшой удалённости до точек стояния нам это не критично).
5. Помощник, понимающий ваши команды (для сохранения голосовых связок можно будет воспользоваться рациями).

Что нам требуется:

В общем смысле, любые действия с нивелиром – это перенос высотных отметок. Используя точку с известной высотой, мы определяем горизонт инструмента (ГИ) – высоту визирного луча прибора (горизонтальной линии, вдоль которой идёт наш взгляд, когда мы смотрим в прибор) над условным «нулём».

ГИ = известная вам заранее отметка земли в определённой точке (репер, отметка чистого пола и т. п.) + отсчёт по нивелирной рейке (если что, и чёрные штрихи, и красные штрихи, и промежутки между ними на нивелирной рейке имеют одинаковую высоту в 1 см)

Если мы хотим определить отметку в любой другой точке с неизвестной нам высотой, мы ставим на неё рейку (конечно, соблюдая вертикальное её положение), и из значения горизонта инструмента вычитаем отсчёт по рейке. Вуаля! Высотная отметка теперь нам известна.

Принцип геодезии на строительной площадке

Правильная организация геодезических работ на строительной площадке начинается с чётко поставленной цели работы. Соответственно задаче выбирается необходимый измерительный инструмент, технология производства, допустимая погрешность в измерениях.

Принципы геодезии созданы для снижения накопления неточностей измерений.

«От общего к частному» – система, при которой переходят от крупных опорных геодезических сетей к сетям низшего класса. Геодезические работы на строительной площадке начинаются с привязки к государственной опорной сети. Затем определяют разбивку осей строения и только потом выделяют положение конструктивных элементов в контуре здания.

Второй принцип заключается в контроле предыдущих измерений. Новые измерения производят после тщательной проверки предшествующих.

Следуя этим правилам, обеспечивают высокую точность геодезических работ в строительстве.

Список инструментов для нивелирования

Дополнительно к самому прибору потребуются:

• штатив;
• мерная рейка;
• отвес с нитью;
• планшет с листом бумаги или журнал для записи измерений.

Описание техники

Электронные нивелиры пользуются популярностью, потому что позволяют автоматизировать процесс измерения. На сегодня их выпуском занимаются только зарубежные производители. Современные модели делятся на такие типы:

• Цифровой электронный угломер. Это прибор, который имеет встроенный ЖК-дисплей. На нем можно увидеть измерения углов наклона поверхности. Данные выводятся на экран без дополнительных настроек.
• Цифровой электронный уровень. Такие приборы также оборудованы дисплеем. Дополнительно нивелир может иметь лазерный луч или встроенный водяной уровень.
• Комбинированный цифровой прибор. Такое устройство сочетает в себе функции угломера и цифрового уровня. Нивелир обеспечивает более эффективные и быстрые измерения.

Принцип действия нивелиров основан на регистрировании показаний с помощью реек, которые устанавливаются на разной высоте. Соответственно, разница в показаниях показывает превышение между точками.

Сами приборы согласно ГОСТ 10528-90 разделяют на технические, точные и высокоточные.

Исследование правильности работы цилиндрического уровня

Если на модели прибора применен уровень цилиндрического типа на зрительной трубке, то он должен удовлетворять следующим условиям – его ось должна быть строго параллельна линии визирования трубы. Эту проверку надо делать в два этапа:

• проходящая через основную ось цилиндрического уровня отвесная плоскость должна быть параллельна аналогичной поверхности, проходящей через линию визирования зрительной трубки;
• проекция на отвесную плоскость угла между осью уровня и трубы не должна превышать предела, установленного в паспорте.

Первое условие проверяют при помощи рейки, установленной в 45-55 метрах от штатива, подъемный винтик которого направляют в ее сторону. Тщательно проверяют горизонтальность крепления прибора, совмещают поднимающим винтом концы пузыря уровня, а механизмом фиксирования получают четкое изображение. Производят отсчет. Затем добиваются наклона оси прибора подъемными винтиками, так чтобы не изменились показания, и фиксируют положение концов цилиндрического уровня. То же делают и при наклоне в противоположном направлении. Если пузырь остается в обоих случаях на месте или его концы смещаются в одном направлении, то установка уровня признается правильной. Если этого нет, то производят юстировку горизонтальными и вертикальными винтами самого цилиндрического уровня.

Второе условие проверяется при помощи таких методов, как:

• нивелирование в прямом направлении вперед;
• то же, но в сочетании с измерениями из середины;
• применение способа с использованием разных плеч.

При каждом способе, а они описаны в специальной литературе, должно проводиться не менее 3 измерений угла между осью уровня и проекцией на отвесную плоскость. Затем вычисляют среднее арифметическое этих измерений и сопоставляют с паспортными данными. Если полученная цифра не выходит за допустимые пределы, указанные в документе, то нивелир настроен правильно.

Установка нивелирного штатива

При установке нивелира важно соблюдать ряд правил. Первостепенное значение имеет установка штатива. Штатив должен устойчиво стоять на поверхности земли. Иначе измерения могут быть с неприемлемыми погрешностями. Также при неустойчивом положении штатива есть риск его падения вместе с прибором. Если почва мягкая, то концы ножек штатива нужно вдавить в почву. На скользкой поверхности и при порывах ветра, целесообразно использовать металлическое основание (в форме треугольника). В таком основании есть специальные отверстия для ножек штатива.

При установке штатива нужно стремиться к тому, чтобы положение площадки, на которую будет устанавливаться нивелир, было горизонтальным. Это позволит без затруднений установить прибор в нужное для работы положение. Визирная ось прибора должна быть строго в горизонтальной плоскости. В таком случае, можно рассчитывать на качественные измерения превышений, и получение необходимого результата.

Обзор прибора фирмы TOPCON

Компания Topcon – японский лидер по производству геодезического оборудования. Все приборы можно разделить на оптические и цифровые нивелиры.

Цифровые варианты обеспечивают яркую картинку и точность измерений. Приборы отличаются устойчивостью к вибрациям и сотрясениям. Они оборудованы магнитным компенсатором, который позволяет выполнять измерения на площадке, где работает тяжелое оборудование.

Обзоры электронных нивелиров представлены в таблице ниже.

Кем и как проводится юстировка?

Если внимательное прочтение инструкции и попытки самостоятельно настроить прибор к желаемым результатам не привели, следует обратиться в специализированные метрологические сервисные центры, имеющие сертификаты и лицензии на выполнение таких метрологических процедур как поверки и юстировки.

Лицензии и сертификаты государственного образца о допуске к определенному виду работ в геодезической деятельности подтверждают качество выполняемых работ и оказываемых услуг, а также соответствие требованиям и государственным стандартам используемой материальной базы и необходимую для проведения работ квалификацию специалистов.

По окончании работ выдается свидетельство установленного образца о результатах проведения поверки и юстировки нивелира.

Результат юстировки

Результат настройки характеристик устройства не всегда может быть положительным. Если прибор на каком-либо этапе настроек не дает желательных результатов или приведение к ним в силу разных причин невозможно, нивелир признается негодным и выводится из эксплуатации с соответствующей отметкой в техническом паспорте.

Стоимость юстировки, как правило, составляет от 800-1000 руб. и выше, но работы обычно проводятся в комплексе, так как качественную юстировку невозможно выполнить без поверки прибора.

Как работать с лазерным нивелиром

Проводить замеры нивелиром лазерного типа несложно. Но перед его применением необходимо изучить инструкцию. Она прилагается к каждому прибору производителем.

Как измерить расстояние

Расстояние
Большинство моделей нивелиров этого типа оснащается дальномерами. Это позволяет выстраивать плоскость и рассчитывать расстояние автоматически. Если дальномера нет, придется использовать рулетку.

Применение при обустройстве пола

Лазерный нивелир применяют при обустройстве лаг для пола. Достаточно запустить прибор. По периметру появится нулевой уровень.

Применение при работе со стенами

Лазерный уровень можно применять при контроле процесса укладки кирпичной стены, установки полки, осветительного прибора. Также его используют для выравнивания перил у лестниц. Перечень работ, при проведении которых будет полезен нивелир, широкий. Прибор позволяет точно определять положение предмета касательно плоскости.

Погрешность нивелиров лазерного типа

Лазерный инструмент высокоточный. Но лучше проверять его точность перед применением. Для этого существуют разные методы. Проще всего это сделать в маленькой комнате, которую можно измерить самостоятельно вручную. Это позволит соотнести оба результата и уточнить расчеты.

Проверка на погрешность

Лазерный уровень устанавливают по центру двух стен и включают. На стене отмечают точку расположения лазерного креста. Далее прибор поворачивают на 180 градусов. Делают пометку на стене. Потом нужно перенести нивелир к любой из стен и установить на дистанции 70 см. Сделать такие же отметки. Измерить расстояние между нанесенными точками. Вычесть одно расстояние из другого. Полученный результат сравнить с указанной точностью. Если данные не превышают точность, указанную в руководстве, значит лазерный прибор работает правильно.

Видеоинструкция по работе с лазерным нивелиром

Нивелир Бош GLL 3-80 Professional и другие популярные модели

Сегодня существует множество приспособлений, которые предназначаются для снятия замеров на местности или же внутри помещения. Некоторые из них являются более эффективными, что достигается за счет качества составляющих. Рассмотрим, какие приборы такого типа стоит приобретать.

Наиболее функциональным устройством считается лазерный нивелир GLL 3-80 Professional, выпускаемый именитой немецкой компанией Bosch. Подобное приспособление применяется внутри помещения. Погрешность устройства крайне мала. Отклонения практически не наблюдаются даже на дистанции до 10 м. Стоит сказать, что существуют специальные приемники, с помощью которых можно увеличить радиус действия инструмента до 60 м.

Лазерный нивелир GLL 3-80 Professional является наиболее функциональным устройством

Питание прибора осуществляется от батареек. Если использовать устройство без перерывов, то заряда хватит всего на 4 часа. Поэтому стоит заранее предусмотреть дополнительные комплекты элементов питания. Такой инструмент оснащается держателем, благодаря которому производится настройка его расположения.

Нивелир GLL 3-80 Professional можно применять в хозяйственных и профессиональных целях. На корпусе инструмента есть специальные держатели магнитного типа. Кроме всего прочего, прибор имеет функцию автоматической настройки, что позволяет проводить его выравнивание.

Среди оптических уровней стоит выделить нивелир H-05, который относится к категории высокоточных. Этот прибор является профессиональным, он предназначается для расчета разности точек при выполнении разнообразных инженерно-геодезических работ. При использовании такого устройства стоит понимать, что оно требует определенных знаний и навыков от оператора. Для работы прибора необходима специальная рейка, оснащенная полусантиметровой шкалой.

Следует выделить несколько фирм, которые производят надежное и долговечное оборудование. Например, на современном рынке часто встречаются различные модели уровней, изготовленные компанией DeWALT. Качественные приспособления реализует и фирма Stabila.

Отличное качество имеют приборы изготавливаемые компанией DeWALT

На что обращать внимание при покупке?

Выбирая нивелир, руководствуются сферой его применения, то есть смотрят, для чего он нужен в конкретной ситуации. Критерии отбора – дальность действия, точность измерения, дополнительные функции.

Для домашнего мастера при выборе лазерного нивелира достаточно следующих характеристик:

• точность измерения ±0,3 мм/м и выше;
• дальность с работы с приёмником 40-60 м;
• проецирование горизонтальных, вертикальных плоскостей, прямых углов;
• средний угол развёртки;
• работа от аккумулятора;
• умеренная цена.

Для домашнего использования не нужна большая дальность измерения и высокоточная оптика, а режим самонивелирования лазерного прибора не будет лишним. Зелёный луч лучше виден при искусственном освещении.

Профессиональный лазерный уровень должен отвечать более высоким требованиям:

• точность измерения ±0,1 мм/м и выше. Большие расстояния на местности дают увеличение погрешности;
• работа с приёмником для увеличения видимости луча, дальности работы от 300 метров;
• высокий класс защиты от пыли и влаги;
• устройство дистанционного управления;
• лазерный отвес.

Ротационный прибор обеспечивает охват в 360 градусов. Соответственно, профессиональные приборы отличает и более высокая стоимость.

Обзор приборов фирмы Trimble

Нивелиры американской фирмы Trimble предназначены для точного определения уровня возвышенности и разности высот на местности. Приборы имеют упрочненный корпус, который позволяет использовать их практически в любую погоду.

Также они оснащены множеством дополнительных функций и вместительной внутренней памятью. Подсветка дисплея позволяет работать даже при недостаточном освещении.

Отличаются приборы длительной работоспособностью без подзарядки, максимальной производительностью и высокой точностью. Измерения производятся автоматически с помощью мощного программного обеспечения.

Подробные характеристики электронных нивелиров Trimble представлены в таблице ниже.

Обзор приборов фирмы Sokkia

Электронные нивелиры Sokkia являются профессиональными приборами для эффективного определения возвышений. Они отличаются фирменной просветленной оптикой и высокой скоростью работы. Все измерения производятся в автоматическом режиме и сохраняются в памяти устройства.

Также они используют специальную технологию стабилизации прибора Wave-and-Read. В нивелирах доступны такие возможности:

• проведение единичных измерений;
• проведение повторных измерений;
• использование режима слежки за рейкой;
• включение режима стабилизации;
• вычисление среднего значения.

Подробные характеристики приборов указаны в таблице ниже.