powrót

Marcin Barlik, Magdalena Chruślińska

O systemach niwelacji geometrycznej

Opracowanie wyników obserwacji niwelacyjnych, poza poprawkami wynikającymi z czynności pomiarowych i z cech narzędzi (komparacyjna, termiczna), uwzględnia poziom odniesienia i system wysokości. Niniejszy artykuł zawiera uwagi o metodyce wprowadzanych grawimetrycznych poprawek do wysokości i przewyższeń w systemach występujących w Polsce na tle innych, stosowanych w Europie, systemów wysokości.

1. Wprowadzenie
Sieć wysokościowa w Polsce i innych krajach Europy Środkowej jest odniesiona do poziomu Morza Bałtyckiego w Zatoce Fińskiej, rejestrowanego na mareografie w miejscowości Kronsztadt pod St. Petersburgiem. Warto przypomnieć, że poziomy odniesienia sieci niwelacyjnych w różnych fragmentach naszego kontynentu różnią się między sobą i to o sporą liczbę centymetrów. Poziom „zerowy” naszej sieci jest niższy o ok. 8 cm od obowiązującego na zachodzie Europy poziomu Morza Północnego w Amsterdamie. Przyczynami takiego stanu są przede wszystkim wpływy własności fizycznych mórz. Kwestia ta nie będzie jednak tutaj szerzej rozpatrywana.
Wprowadzenie systemu wysokości, czyli sposobu obliczania wzniesienia reperu nad poziomem morza czy też przewyższeń między reperami jest niezbędne, bo obserwacje niwelacyjne wykonywane są w polu ziemskiej siły ciężkości. Powierzchnie równego potencjału tej siły, czyli powierzchnie poziome nie są do siebie równoległe na odcinku niwelacyjnym i dlatego zadaniem poprawki grawimetrycznej jest uwzględnienie wpływu tej nierównoległości na wynik niwelacji. Definicja niwelacji precyzyjnej, oprócz wysokiej dokładności pomiaru, zawiera zatem konieczność wprowadzenia poprawek systemowych. Zwróćmy poza tym uwagę na fakt, że uzyskiwana wysokość w wyniku niwelacji geometrycznej (przy użyciu niwelatora, tachimetru, teodolitu) jest zupełnie innego rodzaju niż wysokość elipsoidalna (geodezyjna) wyznaczana z opracowania obserwacji satelitarnych w systemie GPS. Kwestię tę wyjaśniano w literaturze wielokrotnie, m.in. w obszernej pozycji książkowej [Baran i inni, 1993].
Wpływ nierównoległości powierzchni równego potencjału na przewyższenie jest zależny od drogi niwelowania. Ponieważ przebieg powierzchni ekwipotencjalnej, prostopadłej w każdym punkcie do kierunku linii pionowej, jest ściśle związany z anomaliami grawimetrycznymi, dlatego do wyznaczenia systemowej poprawki niwelacyjnej niezbędne jest uzupełnienie pomiarów niwelacyjnych obserwacjami natężenia ziemskiego pola siły ciężkości. Należy przy tej okazji wyjaśnić, że zaniechanie obliczenia grawimetrycznych poprawek systemowych w opracowaniu pomiarów niższych klas niwelacji równoznaczne jest z powiększeniem błędów systematycznych i z interpolacją poprawki na odcinku między reperami wyższej klasy.
Przedkładane opracowanie zawiera uwagi o metodyce wprowadzanych grawimetrycznych poprawek do wysokości i przewyższeń w systemach występujących w Polsce na tle innych, stosowanych w Europie, systemów wysokości. W opracowaniu polskiej sieci niwelacji precyzyjnej zastosowano po 1956 r. system wysokości normalnych (Mołodienskiego). W odniesieniu więc do niego podane zostaną różnice wpływu modelowania przebiegu powierzchni poziomych. Eksperymenty dotyczyły terenu podgórskiego, w okolicach Grybowa pod Nowym Sączem, gdzie zainstalowano testowe pole geodezyjne Politechniki Warszawskiej, i terenu nizinnego, na 30-kilometrowym odcinku w południku Józefosławia pod Warszawą, gdzie znajduje się Obserwatorium Astronomiczno-Geodezyjne Instytutu Geodezji Wyższej i Astronomii Geodezyjnej Politechniki Warszawskiej.

2. Istota zwykle stosowanych poprawek grawimetrycznych w systemach niwelacji
Zacznijmy od ogólnego przypomnienia niezbędnych przesłanek teoretycznych z zakresu opracowania różnic wysokości. W niwelacji geometrycznej elementarne przewyższenie na stanowisku jest otrzymywane z różnicy odczytów na łatach przy poziomym położeniu osi celowej, czyli stycznie do powierzchni ekwipotencjalnej.

Pełna treść artykułu w kwietniowym wydaniu miesięcznika GEODETA

powrót