Wykonując niwelacje terenu korzystamy z niwelatorów optycznych. Mamy trzy rodzaje tego instrumentu, które różnią się swoją zasadą działania, są to niwelatory optyczne, laserowe i kodowe. Sama niwelacja terenu to wyznaczanie różnicy wysokości między danymi punktami terenu. W tym artykule omówimy niwelatory optyczne. Poznamy ogólną budowę niwelatora optycznego, jak odczytywać pomiary z łaty oraz sposób niwelacji.
W dalszej części zostały omówione główne cechy użytkowe instrumentu, na które warto zwracać uwagę podczas zakupu, aby niwelator dobrze sprawował się w pracy w terenie.

BUDOWA NIWELATORA OPTYCZNEGO

Niwelator optyczny składa się ze spodarki (1), która jest jego podstawą, do niej przymocowane są 3 śruby poziomujące (2) służące do spoziomowania sprzętu oraz libella okrągła (3) dzięki, której określimy kiedy niwelator jest już spoziomowany. Niwelator posiada również kompensator, który dodatkowo zapewnia spoziomowanie sprzętu mimo naszych ewentualnych błędów.
Przystępując do obserwacji musimy patrzeć w okular lunety (4), w którym zobaczymy siatkę celowniczą w postaci krzyża kresek, musimy ją wyostrzyć obracając okularem. Gdy ustawimy niwelator w ten sposób, że zobaczymy łatę niwelacyjną musimy wyostrzyć obraz, który widzimy używając śruby ogniskującej (5). Do precyzyjnego ustawienia krzyża kresek na łacie używamy leniwki ruchu poziomego (6).
Do wykonywania pomiarów metodą punktów rozproszonych na samym dole znajduje się koło z podziałką (7) w stopniach lub gradach.
Kompensator

Każdy niwelator posiada kompensator, dzięki niemu możemy wykonywać dokładne pomiary, ponieważ eliminuje niedokładne spoziomowanie urządzenia. Kompensator jest również przyczyną wydawania różnych dźwięków podczas poruszania niwelatorem, jednak gdy nic nie słyszymy lub przy delikatnym pukaniu w obudowę krzyż kresek nie wraca w swoje położenie pierwotne, oznacza to zblokowanie albo uszkodzenie kompensatora i powinniśmy oddać sprzęt do serwisu w celu przeprowadzenia rektyfikacji.


Przyrząd charakteryzują dwie wartości, dokładność i zakres działania.
Pierwsza własność informuje nas z jakim błędem system poziomuje niwelator i wyrażana jest w sekundach kątowych. Zakres działania przedstawia się w stopniach i determinuje jak bardzo niwelator może być odchylony od poziomu, żeby kompensator działał poprawnie. W niwelatorach optycznych stosowane są dwa rodzaje tych instrumentów, czyli powietrzne i magnetyczne.
 
Kompensator powietrzny to specjalny tłok zasysający i odprowadzający powietrze, dzięki czemu powoduje poziomowanie osi celowej. Cechuje się on mniejszą dokładnością wynoszącą ok. 2 mm na 1 km oraz mniejszym zakresem działania. Taki kompensator także słabiej stabilizuje oś celową, jest bardziej wrażliwy na uszkodzenia i trudniejszy w serwisowaniu. Modele niwelatorów uzbrojone w taki kompensator są jednak tańsze od modeli z kompensatorem magnetycznym.
Kompensator magnetyczny zawiera wahadełko z pryzmatem oraz magnesy, doprowadzając tym samym oś celową do spoziomowania. Ten układ jest bardziej precyzyjny, posiada dokładność ok. 1 mm na 1 km. W razie ewentualnych uszkodzeń jest prostszy w naprawie.


Optyka

Optyka niwelatora, konkretniej jego powiększenie jest bardzo ważne, ponieważ patrząc przez lunetę musimy dokładnie widzieć podziałkę łaty.
Cechą najważniejszą jest średnica obiektywu. Decyduje ona o powiększeniu, jakości widzianego obrazu w okularze, zasięgu obserwacyjnego i polu widzenia. Posiadając większy rozmiar obiektywu widzimy jaśniejszy obraz o lepszej ostrości. W zależności od długości celowych, czyli odległości niwelatora od łaty, na jakich najczęściej pracujemy, takie powinniśmy wybrać powiększenie. Przedział jaki jest w ofercie to od 20 do 32-krotnego powiększenia. Tym samym do pomiarów przy pracach budowlanych spokojnie wystarczą powiększenia 20-24 razy. Duże powiększenia stosowane są przeważnie przez geodetów, którzy potrzebują wysokiej dokładności. Również duże powiększenie będzie dobre przy pracach na krótkich długościach celowych na których wymagana jest duża dokładność, jak na przykład praca w wykopach. Nie możemy jednak przesadzić w drugą stronę, gdy będziemy mieli powiększenie 32x, a łatę ustawioną bardzo blisko, obraz widziany w okularze będzie bardzo duży i utrudni szybkie celowanie. Przy pomiarach na niewielkiej odległości warto zwrócić uwagę na minimalną ogniskową. Ten parametr decyduje z jakiej najmniejszej odległości obraz łaty będzie wyraźny.

Odporność na warunki atmosferyczne

Kolejną rzeczą, na która trzeba zwrócić uwagę podczas zakupu instrumentu to jego odporność na warunki atmosferyczne.



Odporność na pył i wodę określa się certyfikatem IP. Zasadniczo niwelator, który będzie miał oznaczenie IP55 i większe, pozwala na bezpieczną pracę na otwartym terenie. Im większe cyfry w oznaczeniu IP, tym instrument ma większą odporność, przy czym cena również znacząco wzrasta. W przypadku żadnej ochrony przed wodą niwelator może sprawiać nam problemy przy pracy, np. po wyjęciu instrumentu z kufra, w okularze zobaczymy zamglony obraz, jeśli po ostatnich pomiarach schowaliśmy mokry sprzęt do kufra. Odporność niwelatora zależy od jego obudowy. Dobrze zabezpieczony instrument, będzie miał pokrywę, która jest cała metalowa. Stosowane są również rozwiązania, gdzie część obudowy jest metalowa, a część plastikowa. W wypadku całej metalowej obudowy musimy się liczyć z tym, że instrument będzie cięższy od tego z obudową w połowie z plastiku. Jednak metalowy korpus, będzie lepiej chronił wrażliwe wnętrze niwelatora oraz będzie trwalszy od plastiku.

Akcesoria do niwelatorów optycznych

Po przeczytaniu, na czym polega niwelacja, wiemy, że sam niwelator nie wystarczy. Potrzebujemy mieć kilka rzeczy w naszym ekwipunku. Instrument musimy ustawić stabilnie i w tym pomoże nam dobry statyw. Niwelator nie jest bardzo ciężki w porównaniu z innymi przyrządami geodezyjnymi, a w dodatku podczas niwelacji obserwator często zmienia stanowisko, dlatego nie potrzebujemy dużego, ciężkiego statywu. Wystarczy nam statyw aluminiowy, który będzie miał około 160 centymetrów.



Naszym instrumentem musimy na coś celować, czyli potrzebujemy łatę niwelacyjną. Krótka łata będzie przyjemna w przenoszeniu, ale nie sprawdzi się w wykopach. Musimy sami zdecydować jaka długość łaty będzie dla nas odpowiednia. W zestawach zazwyczaj są to łaty, które mają 5 metrów. Większość łat jest teleskopowa i aluminiowa przez co łatwo je transportować.



Odczyt pomiaru z łaty niwelacyjnej



Do wykonania niwelacji potrzebujemy również łatę. Z niej właśnie odczytujemy wysokości spoglądając przez lunetę niwelatora. Łata jest to profil zazwyczaj aluminiowy, którego długość wynosi 3-7 metrów, na którym mamy podziałkę. Łatę ustawiamy pionowo za pomocą libelli. Po wycelowaniu lunety na łatę dokonujemy odczytu w jakim miejscu się znajduję środkowa kreska siatki celowniczej. Odczyt składa się z 4 cyfr. I cyfra do metry, II – decymetry, III – centymetry, IV – milimetry. Na łacie co 10 centymetrów mamy dwie cyfry, są to kolejno metry i decymetry. Co 5 centymetrów zobaczymy kształt litery E, lub jej lustrzane odbicie, a centymetry odczytujemy patrząc na najmniejszą podziałkę, czyli zmianę koloru czarny na biały, lub czerwony na biały. Milimetry szacujemy. Przykładowo odczyt z łaty na rysunku to 1716



Jak wygląda niwelacja?

Przystępując do niwelacji musimy ustawić łaty w punktach między, którymi chcemy wyznaczyć różnicę wysokości. Niwelator na statywie umieszczamy w połowie odległości między łatami i poziomujemy. Dokonujemy pierwszego odczytu t1 (np. 1952) na łatę wstecz A, następnie na łatę wprzód B i otrzymujemy pomiar p1 (np. 0849). Zaburzamy położenie niwelatora poprzez niewielką zmianę jego wysokości i ponownym spoziomowaniu. Teraz wykonujemy odczyt p2 (np. 0662) na łatę wprzód B, odwracamy niwelator o 180°  na łatę wstecz A i zapisujemy pomiar t2 (np. 2137).

Ze wzorów wyliczamy różnicę wysokości

Δh1=  t1 – p1
Δh2= t2 – p2

W naszym przykładzie to będzie Δh1 = 1290 i Δh2=1288
Jeśli otrzymane wyniki nie różnią się niż 3 mm wyznaczamy średnią, jeśli nie wykonujemy pomiar jeszcze raz.

ΔhAB= (Δh1 + Δh2)/2

Czyli dla naszego przykładu ΔhAB=1289

Na co zwrócić uwagę przy zakupie niwelatora?

Znając już ogólną budowę niwelatora oraz zasadę pomiarów możemy przejść do konkretnych różnic między modelami oraz ich przeznaczenia.
Decydując się na zakup niwelatora musimy określić zakres prac do jakich będziemy go używać, wtedy możemy przystąpić do szukania modeli o pożądanej dla nas specyfikacji.


PORÓWNANIE ZESTAWÓW

Zapraszamy do przeczytania opisu trzech wybranych zestawów z oferty naszego sklepu.

Niwelator w tym zestawie to model Forgeo AT20, posiada powiększenie 20x i średnicę obiektywu 34 mm. Najkrótsza celowa to 0,4 m. Wyposażony w kompensator magnetyczny o zakresie 0,15’. Błąd podwójnej niwelacji to 2,5 mm, a dokładność ustawienia jest mniejsza niż 0,5”. Obudowa wykonana w większości z aluminium, górny korpus z wytrzymałego tworzywa. Instrument jest lekki, waży tylko 1,3 kg. Zestaw zawiera również statyw aluminiowy 1-1.65 m i aluminiową łatę 5 m. Dodatkowo mamy kufer transportowy, pion sznurkowy, narzędzia do rektyfikacji i gwarancję na 60 miesięcy

Zestaw niwelacyjny Nedo X24


Zestaw posiada niwelator Nedo X24 o powiększeniu 24x i średnicy 36 mm. Najkrótsza odległość, na którą możemy celować to 0.6 m. Posiada powietrzny kompensator o zakresie działania 0,15’. Dokładność instrumentu to 2 mm na 1 km przy podwójnej niwelacji, a dokładność ustawienia to mniej niż 0,5”. Posiada odporność IP54. Waży 1,7 kg i jego obudowa jest wykonana ze stopu magnezu. W zestawie zawarty jest statyw 1-1,65 m oraz aluminiowa łata 5 m wraz z pokrowcem. Otrzymujemy jeszcze kufer transportowy, igłę do rektyfikacji, pion sznurkowy i gwarancję na 60 miesięcy.

Zestaw niwelacyjny Nedo Z32



W tym zestawie znajdziemy niwelator Nedo Z32, który ma powiększenie 32x przy średnicy obiektywu 36 mm i najkrótszą celową 0,65 m. Wyposażony jest w powietrzny kompensator o zakresie działania 0,15’. Błąd podwójnej niwelacji wynosi zaledwie 1 mm, a dokładność ustawienia jest mniejsza niż 0,3”. Waga instrumentu to 1,7 kg, a odporność na warunki atmosferyczne wynosi IPX6. W zestawie otrzymujemy także statyw 1-1,65 m, aluminiową łatę z pokrowcem i kufer transportowy. Sprzęt ma gwarancje na 60 miesięcy.