Nivellement Flashcards
Wozu dienen Höhenmessungen?
Höhenmessungen dienen der Vermessung und Darstellung von Geländehöhen, dem Aufriss. Höhenmessungen werden besonders für Planungen im Hoch- und Tiefbau benötigt.
Welche Nivellementverfahren gibt es und worum handelt es sich in diesen Verfahren?
- geometrisches Nivellement:
Der Höhenunterschied einzelner Punkte wird durch Visieren mit waagerechten Zielachsen nach lotrecht stehenden Maßstäben (Nivellierlatten) bestimmt.
- trigonometrische Höhenübertragung:
Der Höhenunterschied einzelner Punkte wird aus der Zenitdistanz und der Entfernung berechnet. Die Genauigkeit beträgt etwa 1cm-10cm.
- GNSS-Höhenbestimmung:
Bei der GNSS-Höhenbestimmung (Satellitenvermessung) werden ellipsoidische Höhen ermittelt, die den Abstand eines Geländepunktes zum Bezugsellipsoid darstellen. Um NHN-Höhen zu bestimmen, muss eine entsprechende Umrechnung durchgeführt werden. Die Genauigkeit dieses Verfahrens beträgt 1-2cm.
Was ist die Schwierigkeit des Nivellements?
Die Schwierigkeit beim Nivellieren besteht darin, eine streng horizontale Zielachse zu schaffen. Früher hat man dafür Gewichts-, Pendel- und später Flüssigkeitswaagen, wie z.B. die Schlauchwaage, verwendet.
Welche Bauarten von Nivellierinstrumenten gibt es und wie funktionieren sie?
Klassisches Nivellierinstrument:
Fernrohrträger und Fernrohr sind starr miteinander verbunden. Am Fernrohrträger ist die Röhrenlibelle zum Horizontieren befestigt. Die Zielachse des Fernrohrs beschreibt bei Drehung um die Vertikalachse eine waagerechte Ebene.
Selbsthorizontierendes Nivellierinstrument:
Dieses Nivellier besitzt keine Röhrenlibelle, sondern eine Dosenlibelle und einen Kompensator. Die Dosenlibelle wird mit 3 Fußschrauben eingespielt, um das Instrument grob zu horizontieren. Die Feinhorizontierung erfolgt durch den Kompensator.
Digitales Nivellierinstrument:
Ein selbsthorizontierendes Nivellier, welches zusätzlich die Messlattenablesungen automatisch durchführt und die Messwerte digital anzeigt und abspeichert.
Rotationslaser:
Der Rotationslaser wird für Flächennivellements und insbesondere für Höhenmessungen und -absteckungen im Tiefbau verwendet.
Was ist ein Kompensator und wie funktioniert er?
Der Kompensator ist ein optisch-mechanisches Bauteil. Ein Kompensator hat immer mindestens ein bewegliches aufgehängtes oder fest installiertes Prisma, welches sich anhand der Schwerkraft so ausrichtet, dass durch die Anordnung der Prismen die Zielachse automatisch horizontiert wird.
Klassiches Nivellierinstrument
Bild 12.2.2.
Selbsthorizontierendes Nivellierintrument + Kompenstator vom Ni2
Beschreibe den Ablauf, wie ein Nivellierinstrument aufgestellt wird
- sicheren Untergrund wählen
- zwei Stativbeine in den Boden treten
- drittes Stativbein so eintreten, dass die Dosenlibelle grob eingespielt wird bzw. das Stativteller grob gerade steht
- Fernrohr parallel zu zwei Fußschrauben
- Libelle mit den Fußschrauben einspielen
- Fernrohr um 200gon drehen
- Libelle kontrollieren und ggf. einspielen
Unter welchen Bedingungen ist ein Nivelliergerät horizontiert?
- Zielachse muss parallel zur Libellenachse sein (LA ‖ ZA)
- Libellenachse muss orthogonal zur Stehachse sein (LA ꓕ SA)
=> Ist 1. nicht erfüllt, so liegt ein Zielachsfehler vor.
=> Ist 2. nicht erfüllt, so ist die Röhrenlibelle/Dosenlibelle dejustiert.
Wie funktioniert die Instrumentenprüfung nach dem Verfahren aus der Mitte?
- Nivellieren aus der Mitte:
Das Gerät wird mittig zwischen zwei Lattenstandpunkten A und B mit jeweils 30m Entfernung zum Standpunkt aufgestellt. Die Differenz zwischen beiden Lattenablesungen ist der Höhenunterschied ∆h. Ein vorhandener Zielachsfehler würde sich bei Berechnung aufheben, da sich die der Fehler auf beide Lattenablesungen auswirkt und sich durch Differenzbildung aufhebt.
2. Nivellieren von einem Ende aus:
Das Gerät stellt man dicht an die höherliegende Latte und liest dann ab. Dabei kann man das Okular auf die Lattenteilung richten und den Ablesepunkt in der Mitte der kleinen runden Blicköffnung des Okulars mittels eingewiesener Nadel feststellen. Man kann auch mithilfe der Objektivränder die Lattenteilung mit Bleistift markieren und diese dann mitteln. Das Mittel entspricht dann der Höhe der Zielachse.
Die Sollablesung im Punkt A errechnet sich durch Addieren der Lattenablesung im Punkt B und dem fehlerfreien Höhenunterschied.
=> Sollablesung = Lattenablesung + fehlerfreier Höhenunterschied
Weichen Soll und Ist voneinander ab, dann liegt ein Zielachsfehler vor. Dieser wird dann mithilfe der Justierschrauben beseitigt, indem man das Strichkreuz auf die Sollablesung hebt/senkt.
Bild 12.2.6.
Wie funktioniert die Instrumentenprüfung beim Verfahren nach Näbauer und Förstner?
Prinzip:
Es werden drei gleichlange Strecken s markiert, sodass Latte 1 genauso weit weg ist vom ersten Standpunkt, wie Latte 2 vom zweiten Standpunkt auf der anderen Seite, gleiches gilt für beide Latten. Die Anordnung ist also S1 - L1 - L2 - S2.
Ablauf:
Zuerst werden vom Standpunkt S1 aus die Latten L1 und L2 angezielt und abgelesen. Die Latten dürfen während der gesamten Messung nicht verändert werden! Danach wiederholt man dasselbe für den Standpunkt S2.
Liegt ein Zielachsfehler vor, sind alle Ablesungen mit dem Fehler behaftet. Die Formel würde für ein korrekt justiertes Nivellier umgestellt so lauten:
a4 = a1 - a2 + a3
Berücksichtigt man die Fehler f bzw. die doppelten Fehler 2f in den Ablesungen, dann hätte man folgende Formel:
a’4 = a’1 - a’2 + a’3
=> Weichen a’4 und a4 voneinander ab, so liegt ein Zielachsfehler vor und das Instrument muss justiert werden.
Bild 12.2.7. bzw. Tabelle 12.2.1.
Wie werden NHN-Höhen mithilfe des Höhenunterschiedes berechnet?
Es wird der Höhenunterschied zwischen zwei Punkten, die 20-120m voneinander entfernt sein können, bestimmt.
Das Instrument wird dafür zwischen zwei Latten aufgestellt. Der Beobachter liest dann jeweils bei eingespielter Libelle am Horizontalstrich des Strichkreuzes ab.
Aus der Differenz beider Lattenablesungen ergibt sich der Höhenunterschied ∆h.
Es gilt:
∆h = r - v
=> Merksatz:
Ist der Vorblick kleiner als der Rückblick, so steigt das Gelände, Ist der Vorblick größer als der Rückblick, so fällt das Gelände.
Wie werden NHN-Höhen mithilfe des Instrumentenhorizonts bestimmt?
Es wird folgendes berechnet:
HA + r = Horizont
Horizont - v = HB
Was sollte man beachten, wenn man über weitere Strecken nivelliert?
Nivelliert man über längere Strecken, führt man ein Liniennivellement durch. Vom Messprinzip ändert sich nichts. Ein Liniennivellement besteht aus aneinandergereihten Einzelhöhenbestimmungen vom Anfangspunkt bis zum Endpunkt.
Man sollte möglichst gleiche Zielweiten haben, damit ein eventueller Zielachsfehler sich nicht auf die Messung auswirkt. Man nimmt gleiche Zielweiten, weil sich der Zielachsfehler bei Differenzbildung dann aufhebt.
Bei geneigtem Gelände sollte man darauf achten, dass der Rückblick nicht so weit genommen wird, dass man so gerade eben am oberen Lattenende ablesen kann, da aufgrund der Instrumentenhöhe sonst nur noch ein erheblich kürzerer Vorblick genommen werden kann. Deshalb sollte der Rückblick nur so weit genommen werden, wie es beim Vorblick möglich sein wird.
Wie setzt sich der Gesamthöhenunterschied ∆H zusammen?
Der Gesamthöhenunterschied setzt sich zusammen aus den Einzelhöhenunterschieden der Wechselpunkte:
r1 - v1 = ∆h1
r2 - v2 = ∆h2
r3 - v3 = ∆h3
r4 - v4 = ∆h4
____________________
[r] - [v] = [∆h] = ∆H
bzw.
HE - HA = ∆H
Was versteht man unter einem Nivellement mit An- und Abschluss?
Beim Nivellement mit An- und Abschluss startet man an einem Festpunkt und endet an einem anderen Festpunkt. Wenn die Lage ungünstig ist und der Arbeitsaufwand zu hoch wäre, kann man ausnahmsweise an dem selben Festpunkt abschließen. (= Schleifennivellement)
Der ermittelte Ist-Höhenunterschied wird mit dem Soll-Höhenunterschied verglichen, der sich aus der Differenz der Festpunkthöhen ergibt.
fdththfthWie funktioniert ein digitales Nivellierinstrument?
Digitale Nivelliere führen Lattenablesungen automatisch durch. Für das Horizontieren haben sie wie die selbsthorizontierenden Geräte einen Kompensator.
Zum Ablesen wird eine Barcodestrichlatte verwendet. Dieser wird vom Beobachter angezielt und automatisch vom Gerät abgelesen. Die Ablesung wird in ein für das Gerät lesbares Messsignal (analoges Messsignal) umgewandelt. Das erzeugte Messsignal wird mithilfe eines im Gerät gespeicherten Referenzsignals elektronisch auf der Messlatte so lange verschoben, bis das Messsignal und ein Abschnitt des Referenzsignals deckungsgleich sind. ( = Korrelation)
Das Messsignal muss dazu auf den Maßstab des Referenzsignals angepasst werden. Dafür wird zum einen die Fokussierlinse mithilfe eines Fokusgebers ausgewertet und zum Anderen zur Optimierung des Maßstabs die genaue Entfernung der Latte mit Messband bestimmt.
Die Höhenablesung ergibt sich aus der Verschiebung des digitalen Messsignals zum Nullpunkt des Referenzsignals.
Prinzipskizze Digitalnivellier
Wie funktioniert ein Rotationslaser?
Rotationslaser erzeugen mithilfe eines Kompensators einen vertikalen Laserstrahl. Am oberen Ende des Gerätes ist ein rotierendes Pentagonprisma angebracht, wodurch der vertikale Laserstrahl geführt und in eine Horizontalebene umgelenkt wird.
An der Messlatte kann man den Höhenunterschied zwischen der Horizontalebene und einem Messpunkt direkt ablesen. Dazu werden normale Nivellierlatten mit Empfangssensor verwendet.
An einem Display kann dann der Höhenunterschied abgelesen werden oder wenn eine Bezugshöhe eingegeben wurde, direkt der Höhenwert.
