電子水準儀在沉降觀測中的應用分析

羅維揚　劉少靖

摘 要：隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，測繪行業(yè)也隨之發(fā)生了翻天覆地的變化。從一維、二維到三維乃至四維，從點信息到面信息獲取，從靜態(tài)到動態(tài)，從后處理到實時處理，從人眼到機器人自動尋求目標觀測。電子水準儀的出現(xiàn)，是傳統(tǒng)幾何水準測量的突破，實現(xiàn)了水準測量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)記錄的全程自動化，方便了內(nèi)外業(yè)一體化，具有測量速度快、操作簡便、讀數(shù)客觀、測量精度高等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：電子水準儀；沉降觀測；工程測量

中圖分類號：TU196 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）29-0055-02

1 電子水準儀研究意義

電子水準儀在現(xiàn)階段幾何水準測量中應用廣泛，尤其是精密工程、建筑物的沉降變形觀測、橋梁工程沉降觀測、地鐵隧道沉降觀測甚至是煤礦沉降觀測中都起著重要作用。所以必須要對電子水準儀的基本工作原理、使用方法、設備的特點以及使用過程中需要注意的問題進行分析和研究，且對電子水準儀的應用進行總結(jié)分析，才能為以后電子水準儀在更多領(lǐng)域開展應用提供理論依據(jù)。

2 電子水準儀概述

2.1 電子水準儀的墓本原理

數(shù)字水準儀測量原理，如圖1所示。

電子水準儀由條碼尺和主機兩部分構(gòu)成。其中條碼尺由寬度相等或不等的黑白（黃）條碼按照某種編碼規(guī)則進行有序排列而成，這些黑白條碼的不同排列方法就構(gòu)成了目前各數(shù)字水準儀生產(chǎn)廠家編碼標尺自主知識產(chǎn)權(quán)的核心。電子水準儀主要是由自動安平水準儀為基礎，基本構(gòu)造由光學機械部分、自動安平補償裝置和電子設備組成。

水準儀內(nèi)裝CCD光電傳感器和圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。編碼標尺用不同寬度的條碼組合來表示尺面的不同位置，人工完成照準及調(diào)焦后，標尺條碼一方面被成像在望遠鏡分劃板上，供目視觀測，另一方面經(jīng)過分光鏡的反射又被成像在CCD器件上，隨后轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)整形后進入模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（A/D），從而輸出數(shù)字信號送入微處理器進行處理和存儲，并將其與內(nèi)存的標準碼（參考信號）按一定的方式進行比較，即可獲得編碼標尺的高程讀數(shù)。

在使用電子水準儀時必須要通過目視進行電子水準儀的照準標尺，然后進行人工調(diào)焦。完成以上步驟后在標尺條碼望遠鏡分化板上就會出現(xiàn)標尺條碼，可以進行人工觀測；如果利用電子水準儀的光電傳感器也可以進行測量，會在分光鏡出現(xiàn)標尺條碼進行電子讀數(shù)。但電子水準儀如今生產(chǎn)的廠家眾多，型號和品牌也不盡統(tǒng)一，所以往往由于不同廠家生產(chǎn)的電子水準儀條碼圖案和標尺編碼不一樣就無法通用。當然電子水準儀也具備普通自動安平水準儀的功能，可以當做普通水準儀使用，由于電子水準儀并不配備光學測微器，測量精度低于電子測量的精度。

2.2 電子水準儀的特點

電子水準儀與傳統(tǒng)光學儀器比較，它有以下特點。

2.2.1 客觀

由于電子水準儀通過自動化的電子傳感器進行測量，所以就測量本身而言不會受到人為因素的干擾，且數(shù)字化的數(shù)據(jù)顯示和儲存，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺漏、錯誤等問題，所以測量結(jié)果客觀。

2.2.2 精度高

電子水準儀利用圖像處理技術(shù)自動識別讀數(shù)，免除了觀測員人工讀數(shù)誤差的影響。觀測信號與參考信號采取全截斷比對，對圖形影像所有分劃取平均值，視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖像經(jīng)處理后取平均得出來的，因此削弱了標尺分劃誤差的影響。多數(shù)儀器都有進行多次讀數(shù)取平均的功能，可以削弱外界條件影響。

2.2.3 高 效

傳統(tǒng)水準測量工作中往往由于需要報數(shù)、聽計、計算和現(xiàn)場分析，所以需要大量的時間，并且由于人工測量誤差較大，一旦超出誤差范圍需要重測更是浪費大量時間。而電子水準儀不需要人工進行計數(shù)，所有的測量數(shù)據(jù)，記錄儲存功能設備自身都能完成，大大減輕了人工的負擔和人為影響因素；測量結(jié)束后還能直接將數(shù)據(jù)輸入計算機系統(tǒng)中，更加便捷的進行數(shù)據(jù)處理分析，至少節(jié)約時間40%以上。

3 電子水準儀在沉降觀測中的應用分析

3.1 電子水準儀在建筑物沉降觀測中應用

電子水準儀在建筑物沉降觀測中已經(jīng)得到了廣泛的應用。通常情況下在距離建筑物沉降區(qū)較遠的穩(wěn)定區(qū)選定垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的基準點，一般盡量控制在3～5個點；而后在建筑物的正反面基柱上布置沉降觀測點，并做好裝飾保護，安裝上不銹鋼半圓球以方便觀測時樹立標尺；在基準點設定好后一個月必須要連續(xù)對基準點按規(guī)范進行水準測量，計算其閉合差小于要求，且精度達到標準要求。沉降點需要按規(guī)范進行水準測量，確保精度到到要求。在觀測點和基準點設置完成后進行第一次測量，而后建筑每完成一層進行一次測量，待整座建筑完工驗收后第一年，應當每三個月觀測一次，第二年以后半年觀測一次，如果沉降符合該建筑建設時的安全范圍便可停止觀測。

3.2 電子水準儀在尾礦沉降觀測中的應用

在某尾礦庫堤的沉降觀測中也引用過電子水準儀進行測量，該尾礦庫堤長200 m、寬4.5 m，根據(jù)工程測量規(guī)范要求采用二等水準測量的方法對尾礦沉降進行觀測。經(jīng)過11次觀測，每次觀測都形成閉環(huán)。經(jīng)過實際的應用確實證明電子水準儀能夠展現(xiàn)良好的精確性和高效性，為尾礦安全管理起到重要作用。

3.3 應用于地鐵隧道長期沉降觀測

在地鐵隧道長期沉降觀測中應用電子水準儀，能夠有效的提高沉降觀測工作效率，為地鐵工程的安全穩(wěn)定運行提供必要的數(shù)據(jù)依據(jù)。一般在地鐵地下隧道中5～10 m距離設置一個監(jiān)測點，上限和下限均設置監(jiān)測點，所以往往會導致監(jiān)測點的數(shù)量眾多。而地鐵隧道沉降監(jiān)測工作只能夠在夜間進行，而通過電子水準儀就能夠高效進行測量，節(jié)約觀測時間，實現(xiàn)長期隧道沉降監(jiān)測。

4 電子水準儀應用注意問題

電子水準儀在使用過程中也必須要注意一些使用上的問題。首先，必須要保證水準儀條碼尺的清潔，且測量過程中必須要保證儀器掃描范圍內(nèi)條碼尺亮度一致，應盡量避免在光線太強或太弱時進行觀測；其次，電子水準儀一般都不具備防水功能，精密儀器必須要做好防水、運輸途中的保護工作，并且要根據(jù)設備的使用說明及時充電延長設備壽命。

5 結(jié) 語

電子水準儀在工程測量領(lǐng)域中的應用越來越廣泛，建筑物沉降觀測只是電子水準儀應用的一小部分。未來電子水準儀在工程測量領(lǐng)域的應用空間巨大，且智能化發(fā)展的空間還巨大，未來還有待進一步的發(fā)展和研究。

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