Niwelator jest narzędziem pomiarowym, który znalazł zastosowanie nie tylko w geodezji, ale także w budownictwie. Za pomocą tego instrumentu można wyznaczyć spadki terenu w obszarze przeznaczonym pod zabudowę, jak i precyzyjnie ułożyć kafelki w łazience.
Zobacz naszą nowoczesną Mapę Geoportal360
Niwelator jest bardzo prosty w użyciu, co sprawia, że coraz częściej zaopatrują się w to urządzenie nie tylko firmy geodezyjne, ale również osoby, które same zamierzają wykonać remont domu czy postawić jego ogrodzenie. Zasada działania niwelatora trochę jest podobna do używania poziomicy – przy jego pomocy wytyczenie poziomu i pionu nie powinno sprawić nikomu trudności.
Najpopularniejsze instrumenty geodezyjne
Rozwój geodezji, jako odrębnej gałęzi nauki, stał się podstawą do budowy najróżniejszych instrumentów i przyrządów. Pierwsze przyrządy do wykonywania pomiarów ziemi były oczywiście bardzo proste, z czasem jednak w miarę rozwoju techniki i technologii oraz potrzeby bardziej precyzyjnego pomiaru stworzono sprzęt, który pozwolił na dokonywanie pomiarów nie tylko wybranych obszarów ziemi, jej konfiguracji lecz także powstałych na jej powierzchni budynków i budowli.
Do najbardziej uznanych instrumentów geodezyjnych zalicza się między innymi niwelatory, teodolity oraz tachimetry:
- niwelator jest urządzeniem służącym do określania różnicy wysokości między dwoma wybranymi punktami;
- teodolit służy do określania pionowych wielkości i poziomych kątów;
- tachimetr służy do mierzenia kątów poziomych pionowych oraz odległości. Stanowi on połączenie dwóch bardzo prostych przyrządów, tj. teodolitu oraz dalmierza.
W niniejszym artykule postaramy się przybliżyć budowę, działanie oraz zastosowanie niwelatora.
Przeczytaj: Podstawowy sprzęt geodezyjny – przegląd
Czym jest niwelator i kiedy się go stosuje?
Niwelator jest instrumentem geodezyjnym służącym do pomiaru różnicy wysokości (niwelacji) pomiędzy wybranymi punktami, a także do skontrolowania uzyskanych wartości w późniejszym etapie pracy.
Niwelator, jako instrument pomiarowy, znalazł zastosowanie zarówno w geodezji przy tworzeniu map, jak i w budownictwie, brukarstwie czy remontach obiektów różnego przeznaczenia.
Niwelatory wykorzystuje się w szczególności:
- W budownictwie i pracach wykończeniowych w tej branży. Przy użyciu niwelatora laserowego można łatwo wykonać zwykłe czynności malarskie polegające na malowaniu pasów dekoracyjnych, tapetowaniu mieszkania czy wyznaczenia poziomu, do którego można ułożyć boazerie dekoracyjną.
Przy pomocy niwelatora laserowego (laser liniowy) bardzo szybko można skontrolować czy kafelki są przyklejone w linii prostej.
Niwelatory nowszej generacji pozwalają na wyznaczanie płaszczyzn poziomych, pionowych, a nawet skośnych, co pozwala na zachowanie określonych parametrów budynku, a w konsekwencji przekłada się na bezpieczeństwo użytkowania tych obiektów na długie lata. - W pracach remontowych. Niwelator laserowy sprawdzi się także w pracach remontowych głównie przy wykonywaniu sufitów podwieszanych, montażu płyt z kartonu i dekoracji z gipsu, konstrukcji drewnianych czy aluminiowych.
Urządzenie laserowe sprawdzi się także przy budowie ścianek działowych czy wytyczania linii przewodów bądź też przy przenoszeniu gniazd elektrycznych. - W rolnictwie i ogrodnictwie niwelatory znajdują zastosowanie przy pracach związanych z kształtowaniem zieleni. Instrumenty te mogą być również pomocne w wyznaczaniu pasów zieleni bądź zadrzewień w uprawach rolnych.
- W pracach wodno-kanalizacyjnych. Urządzenia niwelacyjne wykorzystuje się do wytyczania przebiegu i montażu instalacji wodno-kanalizacyjnej.
Rodzaje niwelatorów
Do najbardziej popularnych niwelatorów zalicza się niwelatory optyczne oraz niwelatory laserowe.
Niwelator laserowy
Niwelator laserowy, którego nazwa wywodzi się od zastosowanej technologii, czyli wiązki światła widzialnego emitowanego przez to urządzenie, charakteryzuje się tym, że pomiar różnicy wysokości (niwelacji) przy użyciu tego instrumentu wykonywany jest niemal błyskawicznie i precyzyjnie.
Niwelator laserowy może być używany zarówno w terenie otwartym (z użyciem czujnika zapewniającego możliwość odbioru sygnału w zakresie nawet do 500 m (średnica pracy)), jak i wewnątrz pomieszczeń (widoczna wiązka laserowa).
Wyniki prac pomiarowych wykonanych niwelatorem laserowym charakteryzują się najwyższą jakością, milimetrową dokładnością, a co najistotniejsze, prace pomiarowe przy użyciu niwelatora laserowego może prowadzić jedna osoba.
Obecnie produkowane niwelatory laserowe charakteryzują się doskonałą trwałością oraz odpornością na panujące warunki atmosferyczne.
Dzięki zastosowaniu w niwelatorach laserowych akumulatorków litowo-jonowych, czas pracy tego instrumentu jest dłuższy (nawet do ok. 50 godzin). Akumulatory niwelatora laserowego mogą być też zasilane z sieci.
Obsługa niwelatora laserowego jest mało skomplikowana i ogranicza się do wykonania czynności ”włącz”, „wyłącz” i „pracuj”.
Do zalet pracy z niwelatorem laserowym należy zaliczyć:
- punkt celu jest widoczny gołym okiem – kolor wiązki lasera sprawia, że punkt pomiarowy np. wewnątrz budynku jest widoczny nawet z kilkudziesięciu metrów od stanowiska mierniczego;
- znaczny zasięg pomiaru – czujnik laserowy umożliwia pracę w odległości do 500 m na otwartej przestrzeni, co zwiększa dokładność pomiaru zwłaszcza w obszarze objętym znacznym przemieszczaniem gruntu;
- błyskawiczne samo poziomowanie instrumentu – dzięki wmontowanemu w instrument kompensatorowi możliwe jest dokładne i szybkie poziomowanie instrumentu, a w przypadku incydentalnego potrącenia i rozpoziomowania, niwelator eliminuje wykonywanie błędnych pomiarów alarmując „poruszenia”;
- jednoosobowa obsługa – do pracy z niwelatorem laserowym wystarcza jedna osoba;
- praca niwelatorem laserowym może przebiegać niemal w każdych warunkach pogodowych, jest to możliwe dzięki specyficznej obudowie głowicy obrotowej niwelatora mającej na celu jej zabezpieczenie przed uszkodzeniem oraz przed kurzem i wilgocią, spełniającej warunki Klasy szczelności IP 54 (klasa szczelności).
Z uwagi na precyzję pomiarów, szybki wynik pomiaru oraz jednoosobową obsługę, niwelatory laserowe pomimo wyższej ceny stają się konkurencją dla niwelatorów optycznych.
Niwelator optyczny
Niwelator optyczny, jako urządzenie geodezyjne, służy podobnie jak niwelator laserowy, do pomiaru różnic wysokości, wyznaczania poziomów oraz spadków terenu.
Praca z niwelatorem optycznym wymaga zaangażowania dwóch osób, z których jedna jest operatorem niwelatora, a druga zajmuje się przenoszeniem i ustawianiem łaty geodezyjnej na punkach pomiarowych.
Zaletą niwelatora optycznego jest cena, która na rynku urządzeń geodezyjnych jest niższa od ceny niwelatora laserowego oraz możliwość dłuższego czasu pracy od niwelatora laserowego.
Budowa niwelatora laserowego
Niwelator laserowy składa się z podzespołów, które zostały umieszczone w wodoszczelnym korpusie. Do podzespołów tych należą:
- głowica ruchoma (360 stopni),
- pionownik laserowy dolny,
- pionownik laserowy górny,
- panel sterowania (w zależności od producenta i modelu),
- baterie (najczęściej akumulatory litowo-jonowe),
- gwint do montażu na statywie.
Dodatkowo, do pracy z niwelatorem laserowym niezbędne są akcesoria takie jak:
- czujnik laserowy z cyfrowym wyświetlaniem różnicy wysokości,
- pilot zdalnego sterowania,
- łata pomiarowa,
- uchwyt czujnika na łatę,
- statyw.
Jak działa niwelator laserowy?
Niwelator laserowy, zwany potocznie laserową poziomicą, po włączeniu emituje wiązkę promieni, która wyświetlana jest jako cienka czerwona linia (widoczna tylko w pomieszczeniach zamkniętych).
Dzięki emitowanej wiązce promieni, instrument ten pozwala na proste, szybkie i precyzyjne wyznaczenie pionu oraz poziomu.
Wśród niwelatorów laserowych powodzeniem cieszy się samopoziomujący niwelator laserowy, który emituje linie idealnie poziomo, pionowo, a nawet po odpowiednim ustawieniu skośnie. Niwelator ten ma bardzo szeroki zakres emisji promieni. W trakcie pracy niwelator laserowy, samopoziomujący wyświetla poziomą linię wokół siebie w promieniu 360 stopni. Tak więc, użytkownik, który wykonuje określoną pracę, na ścianie obiektu widzi idealnie wyznaczoną linię. Istotne jest to, że maksymalna długość promienia, im jest większa tym dalej można odsunąć się z urządzeniem od ściany bez utraty widoczności.
Samopoziomujący niwelator laserowy znajduje zastosowanie w szczególności w pracach budowlanych i remontowych.
Do wyznaczania poziomów oraz spadków terenu, oprócz niwelatora laserowego, niezbędna jest łata niwelacyjna z podziałką milimetrową. Na łacie niwelacyjnej umieszcza się czujnik laserowy (detektor).
Prace pomiarowe z zastosowaniem niwelatora laserowego rozpoczyna się od umocowania tego instrumentu na trójnogim statywie, a następnie posadowieniu go w określonym stałym i stabilnym punkcie.
Po uruchomieniu niwelatora następuje jego automatyczne spoziomowanie. Za spoziomowanie lasera, czyli wyznaczenie osi płaszczyzny laserowej odpowiada pionownik dolny i górny lasera. Proces ten odbywa się automatycznie i trwa zazwyczaj kilkadziesiąt sekund.
Po sprawdzeniu właściwego spoziomowania niwelatora, osoba wykonująca pomiar, w określonym geodezyjnie punkcie umieszcza czujnik z łatą. Punkt ten jest punktem zerowym dla wykonywanego pomiaru.
Następnie, osoba dokonująca pomiaru przechodzi z łatą i czujnikiem do kolejnych punktów pomiarowych – przesuwając czujnik pionowo w górę i w dół, „szukając” w ten sposób wiązki lasera emitowanej z niwelatora.
W zależności od rodzaju detektora na wyświetlaczu tego urządzenia mogą pokazywać się jedynie strzałki do wyznaczonej osi. Np. gdy punkt pomiaru znajduje się powyżej osi na detektorze wyświetli się strzałka w dół, co oznacza, że detektor na łacie należy opuścić w dół.
W innym przypadku czujnik wyłapuje wiązkę lasera, przelicza i wyświetla konkretne już wartości takie jak:
- wskazania różnicy wysokości,
- wskazania przewyższenia – (powyżej „zera”),
- wskazania przewyższenia (poziom „zero”),
- wskazania przewyższenia (poniżej „zero”).
Czujnik po wychwyceniu wiązki laserowej, niezależnie od wyświetlanych wartości, informuje osobę wykonującą pomiar o zbliżaniu się do punktu „0” sygnałem przerywanym, gdy wiązka trafia w punkt, sygnał jest ciągły. Pozwala to na precyzyjne wykonanie pomiarów z dokładnością do milimetrów.
Budowa niwelatora optycznego
Niwelator optyczny, podobnie jak niwelator laserowy, służy do niwelowania, czyli wyznaczania różnic wysokości pomiędzy punktami pomiarowymi. Głównym elementem konstrukcyjnym niwelatora jest:
- luneta, która składa się z obiektywu, okularu, soczewki ogniskującej oraz płytki ogniskowej z naniesionym na nią krzyżem nitek;
- spodarka w postaci trójkątnej lub okrągłej płyty, zawierającej trzy gniazda śrub ustawczych (lub pierścienie klinowe) i tuleję, w której obraca się oś alidady; spodarka jest przykręcana do statywu przy pomocy śruby sercowej;
- alidada, część ruchoma, obracająca się względem spodarki; w niektórych instrumentach posiada urządzenia odczytowe pozwalające wykonać pomiar kąta poziomego – z limbusu;
- libella niwelacyjna (rurkowa);
- libella okrągła, mocowana na alidadzie lub w korpusie zespołu lunety i libelli niwelacyjnej.
Istotnym elementem niwelatora optycznego jest kompensator.
Zadaniem kompensatora jest bieżące korygowanie przebiegu wiązki światła wpadającego do lunety. Kompensator utrzymuje w poziomie oś celową, która jest „systemem pomiarowym” niwelatora.
Na rynku sprzętu stosowanego w niwelacji można znaleźć niwelatory z kompensatorem magnetycznym oraz z kompensatorami powietrznymi. Kompensator magnetyczny to w uproszczeniu wahadło poruszające się pomiędzy dwoma magnesami. Kompensator powietrzny przypomina swym wyglądem strzykawkę, w której czynnikiem stabilizującym pryzmat jest zasysane i wydmuchiwane powietrze.
Do wad niwelatora optycznego z kompensatorem powietrznym należą:
- długi czas stabilizacji,
- delikatna konstrukcja wrażliwa na uszkodzenia,
- mniejsza odporność.
Jak działa niwelator optyczny?
Działanie niwelatora optycznego jest oparte na systemie optycznym, którego najistotniejszym elementem jest przyrząd celowniczy, jakim jest luneta zbudowana z kilku soczewek tworzących układ optyczny.
Niwelator optyczny przenosi poziom z miejsca, w którym stoi, do punktu, w którym postawiona zostanie łata geodezyjna.
Odczytu wysokości dokonuje się z łaty geodezyjnej patrząc w jej kierunku przez okular lunety geodezyjnej.
Wartością wysokości jest widziana w okularze wartość w mm (lub w cm w zależności od ustawienia łaty) zawarta w krzyżu nitek lunety.
Niwelator optyczny, podobnie jak niwelator laserowy, wymaga przygotowania do pracy polegającego na zamontowaniu instrumentu na statywie umieszonym na trójnogu.
Aby niwelator mógł pełnić rzetelnie swoją funkcję pomiarową musi być spoziomowany zgrubnie na statywie oraz precyzyjnie już po zamontowaniu na statywie.
Czynność spoziomowania zgrubnego polega na ustawieniu libelli umieszczonej na obudowie niwelatora w taki sposób, aby znajdujący się w niej pęcherzyk znalazł się w środku kółeczka libelli. Spoziomowanie zgrubne dokonywane jest przy użyciu trzech śrub nastawczych. Po zgrubnym spoziomowaniu niwelatora należy sprawdzić, czy niwelator nie jest rozkalibrowany. W tym celu należy obrócić niwelator o 180 stopni i sprawdzić położenie pęcherzyka libelli. Jeżeli pęcherzyk libelli nie zmieni swojego położenia i w dalszym ciągu będzie się znajdował na środku kółeczka, to należy uznać, że niwelator nie jest rozkalibrowany.
Poziom niwelatora zostaje zachowany dzięki wbudowanemu kompensatorowi.
Po wstępnym i ostatecznym spoziomowaniu instrumentu użytkownik za pomocą kolimatora, umieszczonego na obudowie niwelatora, powinien wycelować nim w kierunku łaty.
Dokładne dopasowanie osi do łaty wymaga operowania śrubami leniwymi (leniwkami).
Aby rozpocząć pomiary, w obranym punkcie pomiarowym należy ustawić łatę geodezyjną (nie łatę laserową). Łata geodezyjna powinna być zaopatrzona w poziomicę oraz podkładkę, pozwalającą na jej ustawienie w pozycji pionowej i stabilnej. Łata geodezyjna, w odróżnieniu od łaty laserowej, posiada po obu stronach podziałkę; z jednej strony milimetrową, a z drugiej centymetrową „E”.
Aby dokonać odczytu wysokości na łacie należy wycelować niwelatorem w stronę łaty, a następnie patrząc w okular lunety ustawić jej ostrość w taki sposób, aby w lunecie była widoczna podziałka łaty geodezyjnej zawarta w siatce celowniczej lunety. Ostrość krzyża nitek (siaki celowniczej) można regulować za pomocą pokrętła na okularze.
Wysokość danego punktu określa cyfra na łacie zawarta w siatce celownika, tj. w miejscu przecięcia się środkowych nitek. Pierwszy punkt pomiaru jest punktem zero. Przykładowo punkt zero znajdujący się w miejscu „A” ma wysokość 1300 mm.
Następnie osoba z łatą przemieszcza się do punktu drugiego „B”, w którym odczyt z łaty wynosi 1320 mm. Otrzymany wynik pomiędzy punktem „A”, a punktem, „B” stanowi różnicę „B”-„A” i równa się (1320 mm – 1300 mm) 20mm, co oznacza, że teren w miejscu „B” jest niższy o 20 mm.
Pomiar niwelatorem optycznym odbywa się punktowo, co oznacza, że aby uzyskać wiedzę na temat różnic wysokości danego terenu, należy przeprowadzić pomiar wysokości tego terenu w jego różnych punktach oraz pomiar odległości pomiędzy tymi punktami. Odczyty pomiarów z łaty pozwalają na sporządzenie mapy wysokościowej.
Precyzja pomiaru niwelatorem optycznym jest zależna od optyki oraz rodzaju kompensatora. Dlatego też nabywając niwelator optyczny należy mieć na uwadze, że odczyt z łaty jest tym łatwiejszy im większe jest powiększenie, jakie daje luneta. Jednocześnie należy mieć na uwadze, że nie wszystkie lunety sprawdzą się tak samo w różnych środowiskach. Zapewne te mniejsze lunety lepiej sprawdzą się w pomieszczeniach zamkniętych, a te większe w przestrzeni otwartej.
Praca z niwelatorem optycznym nie jest skomplikowana. Dostępny na rynku sprzęt optyczny do prowadzenia pomiarów wysokości jest raczej jednolity technologicznie. Różnice mogą dotyczyć układu soczewek, bądź mechanizmu ogniskowania.
Każdy niwelator czy to optyczny czy elektroniczny, aby mógł służyć przez wiele lat, powinien być odpowiednio zadbany. Istotne jest, aby niwelator był używany zgodnie z jego przeznaczeniem. Każdy użytkownik niwelatora powinien pamiętać o zachowaniu terminów przeglądu i konserwacji tego instrumentu, a w razie konieczności dokonać niezbędnych napraw w przeznaczonym do tego serwisie.
Regularne sprawdzenie działania niwelatora, (co najmniej raz w roku) – w tym prawidłowości generowania danych – daje pewność przeprowadzania precyzyjnych pomiarów, co przekłada się na jakość wykonanej pracy oraz bezpieczeństwo w przyszłym użytkowaniu obiektów.
Przeczytaj również: Niwelacja terenu w geodezji i budownictwie
Foto: Pixabay.com
