電子水準(zhǔn)儀在沉降觀測工作中的應(yīng)用研究

1、<p>　　電子水準(zhǔn)儀在沉降觀測工作中的應(yīng)用研究</p><p>　　摘 要：沉降觀測工作是利用測量儀器或?qū)I(yè)儀器監(jiān)測變形體在垂直方向上的位移。常用的方法是水準(zhǔn)測量，有時(shí)也采用液體靜力水準(zhǔn)測量。通過觀測成果可反映變形體的沉降量及沉降速度，以確保變形體是否進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。本文主要通過拓普康DL-111C電子水準(zhǔn)儀在鞍鋼集團(tuán)鲅魚圈鋼鐵分公司建筑物沉降觀測工作中的應(yīng)用，對電子水準(zhǔn)儀的作業(yè)模式和使用技巧進(jìn)行了研究

2、，闡述了如何在困難環(huán)境中能夠快速準(zhǔn)確地測量出所需數(shù)據(jù)的一些具體方法。通過實(shí)際工作，體現(xiàn)出了電子水準(zhǔn)儀較傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)儀的一些優(yōu)勢。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：沉降觀測；電子水準(zhǔn)儀 </p><p>　　中圖分類號: U212.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號： </p><p><b>　　引 言 </b></p><p>

3、;　　鞍鋼集團(tuán)鲅魚圈鋼鐵分公司坐落在美麗的渤海之濱營口市。廠區(qū)面積約10平方公里，廠區(qū)原地貌為山地和海灘。山地區(qū)域情況較好，基礎(chǔ)較穩(wěn)定。但其中有部分區(qū)域?yàn)樘詈５囟?，基礎(chǔ)相對不太穩(wěn)定，需要進(jìn)行沉降觀測以確保建筑物的穩(wěn)定性。由于鋼鐵企業(yè)的特殊性，作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境十分復(fù)雜，觀測工作存在很多困難。電子水準(zhǔn)儀以其自動(dòng)化測量方式，程序化的測站平差系統(tǒng)，自動(dòng)記錄系統(tǒng)，簡單的操作界面，高精度等優(yōu)勢在此工程中發(fā)揮了巨大的作用。 </p><

4、;p>　　本文介紹了電子水準(zhǔn)儀在實(shí)際工作中的作業(yè)模式和方法，與光學(xué)水準(zhǔn)儀進(jìn)行了對比，體現(xiàn)出了復(fù)雜環(huán)境下電子水準(zhǔn)儀的優(yōu)勢，能夠更好的提高工作效率、降低成本、減少工作量。 </p><p>　　1電子水準(zhǔn)儀工作原理 </p><p>　　電子水準(zhǔn)儀是在精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。電子水準(zhǔn)儀是通過感光器分析標(biāo)尺影像對一維數(shù)字影像處理的應(yīng)用，利用二級管檢測陣列來代替測量人員的眼睛，

5、相當(dāng)于在水準(zhǔn)儀里架設(shè)了具有穩(wěn)定視線的一部CCD照相機(jī)。 </p><p>　　水準(zhǔn)條碼標(biāo)尺上的不同條碼在通過望遠(yuǎn)鏡成像到平面上的CCD光電傳感器上，CCD光電傳感器再將黑白相間的條碼圖像轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號，經(jīng)過儀器內(nèi)部的數(shù)字圖像處理，即可獲得望遠(yuǎn)鏡中絲條形碼標(biāo)尺上的讀數(shù)。此數(shù)據(jù)一方面在屏幕上顯示，另一方面存儲(chǔ)在儀器內(nèi)部的存儲(chǔ)器中。 </p><p>　　2建筑物沉降觀測的基本方法 <

6、/p><p><b>　　2.1基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè) </b></p><p>　　建筑物沉降觀測應(yīng)測定建筑地基的沉降量，沉降差及沉降速度，并根據(jù)需要計(jì)算基礎(chǔ)傾斜，局部傾斜，相對彎曲及構(gòu)件傾斜。沉降觀測網(wǎng)一般布設(shè)成基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測網(wǎng)兩級。基準(zhǔn)網(wǎng)由基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)構(gòu)成；監(jiān)測網(wǎng)由部分基準(zhǔn)點(diǎn)，工作基點(diǎn)和變形觀測點(diǎn)構(gòu)成。沉降觀測基準(zhǔn)網(wǎng)，應(yīng)布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)并采用水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行。其基準(zhǔn)點(diǎn)宜選擇基巖水

7、準(zhǔn)點(diǎn)或相對穩(wěn)定的水準(zhǔn)點(diǎn)，且宜為國家一二等水準(zhǔn)點(diǎn)。基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在變形影響范圍以外，位置穩(wěn)定，易于長期保存的地方，并定期復(fù)測，保證成果的正確性。在建筑區(qū)內(nèi)，其點(diǎn)位與鄰近建筑的距離應(yīng)大于建筑基礎(chǔ)最大寬度的2倍，其標(biāo)石埋深應(yīng)大于鄰近建筑基礎(chǔ)的深度。高程基準(zhǔn)點(diǎn)也可選擇在基礎(chǔ)深且穩(wěn)定的建筑上?；鶞?zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)不應(yīng)少于3個(gè)。工作基點(diǎn)由基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)展而來，是以后進(jìn)行觀測工作的主要起算點(diǎn)，選點(diǎn)時(shí)要保證點(diǎn)位的穩(wěn)定性和長期保存性?；鶞?zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)應(yīng)避開交通主干道、地下

8、管線、倉庫堆棧、水源地、河岸、松軟填土、滑坡地段、機(jī)器振動(dòng)區(qū)以及其他可能使標(biāo)石、標(biāo)志易遭腐蝕和破壞的地方。 </p><p>　　2.2沉降觀測點(diǎn)布設(shè) </p><p>　　沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)能全面反映建筑及地基變形特征，并顧及地質(zhì)情況及建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。根據(jù)本項(xiàng)目要求，沉降點(diǎn)遍布整個(gè)廠區(qū)。建筑物上的點(diǎn)布設(shè)于建筑的四角，核心筒四角，大轉(zhuǎn)角處及沿外墻每10-20m處或每隔2-3根柱基上；工業(yè)設(shè)備

9、上的點(diǎn)布設(shè)于設(shè)備的基礎(chǔ)角上；管道支架上的點(diǎn)布設(shè)于支架底部。沉降觀測點(diǎn)盡量選擇通視良好，環(huán)境安全，易于觀測的點(diǎn)位。點(diǎn)位上方空間應(yīng)大于3米，便于立尺；特殊困難處不應(yīng)小于2米。 </p><p>　　2.3沉降觀測的周期和觀測時(shí)間 </p><p>　　建筑使用階段的觀測次數(shù)，應(yīng)視地基土類型和沉降速率大小而定。除有特殊要求外，可在第一年觀測3-4次，第二年觀測2-3次，第三年后每年觀測一次，直至

10、穩(wěn)定為止。建筑物是否進(jìn)入穩(wěn)定階段，應(yīng)由沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線判定。當(dāng)最后100d的沉降速率小于0.01-0.04mm/d時(shí)可認(rèn)定為進(jìn)入穩(wěn)定階段。 </p><p>　　2.4沉降觀測的作業(yè)方法和技術(shù)要求 </p><p>　　本次沉降觀測工作歷時(shí)8個(gè)月。共進(jìn)行了5次觀測。基準(zhǔn)網(wǎng)觀測采用二等水準(zhǔn)測量，基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)組成閉合路線。在進(jìn)行第四次沉降觀測前對基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行了重新觀測。觀測執(zhí)行規(guī)范中二等

11、水準(zhǔn)測量技術(shù)要求表一、表二。根據(jù)測段往返測高差之差按公式（1）計(jì)算每千米水準(zhǔn)測量高差偶然中誤差. </p><p>　　表一：水準(zhǔn)觀測的視線長度、前后視距差和視線高度（m） </p><p>　　表二：水準(zhǔn)測量的觀測限差（mm） </p><p>　　注：L—附合或環(huán)線路線長度km,R—檢測測段長度km。 </p><p>　　公式：=

12、77; ……(1) </p><p>　　式中：—高差偶然中誤差（mm） </p><p>　　△—為測段往返高差不符值（mm） </p><p>　　L—為測段長度(km)；n—為測段數(shù) </p><p>　　沉降觀測點(diǎn)高程測量按三等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求進(jìn)行。水準(zhǔn)路線應(yīng)形成附合路線或閉合路線。每個(gè)建筑物至少有兩個(gè)以上觀測點(diǎn)為水準(zhǔn)路線上點(diǎn)。水準(zhǔn)測

13、量限差見表三、表四。使用間視法測量時(shí)視距不大于50米。根據(jù)附合路線和閉合路線的閉合差按公式（2）計(jì)算每千米水準(zhǔn)測量高差全中誤差. </p><p>　　表三：水準(zhǔn)觀測的視線長度、前后視距差和視線高度（m） </p><p>　　注：L—附合或環(huán)線路線長度km,R—檢測測段長度km。 </p><p>　　公式：=± ……(2) </p>&l

14、t;p>　　式中：—高差全中誤差（mm） </p><p>　　W—為經(jīng)過各項(xiàng)改正后的水準(zhǔn)環(huán)閉合差（mm） </p><p>　　F—為水準(zhǔn)環(huán)線周長(km)；N—為水準(zhǔn)環(huán)數(shù) </p><p>　　3電子水準(zhǔn)儀在沉降觀測工作中的應(yīng)用 </p><p>　　3.1 本工程基準(zhǔn)網(wǎng)和沉降觀測點(diǎn)布設(shè) </p><p>　　

15、本次工程的基準(zhǔn)網(wǎng)由3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和27個(gè)工作基點(diǎn)組成。3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)位于廠區(qū)外部，均為國家二等水準(zhǔn)點(diǎn)；27個(gè)工作基點(diǎn)布設(shè)于整個(gè)水準(zhǔn)路線上，選擇盡量靠近測區(qū)的穩(wěn)定區(qū)域上，并保證基準(zhǔn)點(diǎn)的可長期保存性。3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)先進(jìn)行二等水準(zhǔn)聯(lián)測，確定點(diǎn)的穩(wěn)定性后與27個(gè)工作基點(diǎn)進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量，按規(guī)范要求平差計(jì)算后求出各個(gè)工作基點(diǎn)的高程。本次工程的沉降觀測點(diǎn)根據(jù)廠方要求遍布于整個(gè)廠區(qū)，其中煉鐵區(qū)94個(gè)點(diǎn)，煉鋼區(qū)80個(gè)點(diǎn)，熱軋區(qū)63個(gè)點(diǎn)，厚板區(qū)42個(gè)點(diǎn)，動(dòng)力區(qū)117

16、個(gè)點(diǎn)，煤氣管道區(qū)56個(gè)點(diǎn)，氧氣廠127個(gè)點(diǎn)。熱軋，厚板，動(dòng)力區(qū)域位于填海區(qū)域，需進(jìn)行重點(diǎn)觀測。監(jiān)測網(wǎng)的測量采用三等水準(zhǔn)測量進(jìn)行，選擇靠近沉降點(diǎn)的工作基點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù)，組成附合或閉合路線。測量后按規(guī)范要求計(jì)算出各個(gè)沉降點(diǎn)此次高程，通過各期觀測的高程之差計(jì)算出各沉降點(diǎn)的沉降量等數(shù)據(jù)。 </p><p><b>　　3.2 儀器準(zhǔn)備 </b></p><p>　　工程開始前

17、應(yīng)準(zhǔn)備好檢定和校準(zhǔn)有效期內(nèi)的儀器。確定電子水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)標(biāo)尺通過規(guī)范規(guī)定的要求，儀器可設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行地球彎曲差和大氣垂直折光差改正。DL111C電子水準(zhǔn)儀本身具有檢測i角的功能，可使用此項(xiàng)功能對儀器的i角進(jìn)行改正。在整個(gè)作業(yè)期間應(yīng)在每天開測前進(jìn)行i角測定。腳架使用拓普康原廠木制腳架，使用前應(yīng)確定腳架的穩(wěn)定性，將腳架上所有螺旋固緊，防止晃動(dòng)引起誤差。另應(yīng)準(zhǔn)備2.5KG以上的尺墊和強(qiáng)光手電若干個(gè)。 </p><p>&l

18、t;b>　　外業(yè)觀測流程 </b></p><p>　　水準(zhǔn)觀測嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的基本要求執(zhí)行。觀測過程中要求每條線路固定觀測人員，固定觀測儀器，腳架，以及固定的線路觀測順序。事先應(yīng)設(shè)計(jì)好當(dāng)天觀測的線路，制定解決困難問題的具體辦法，為第二天的工作做好充分的準(zhǔn)備。測前根據(jù)水準(zhǔn)等級將儀器的各項(xiàng)限差設(shè)置完畢，選擇儀器內(nèi)的線路水準(zhǔn)測量模式進(jìn)行觀測，遇到結(jié)點(diǎn)或線路需要暫停時(shí)，可使用儀器本身的中斷測量功能暫

19、時(shí)中斷，選擇一個(gè)堅(jiān)穩(wěn)可靠，光滑突出，便于放置標(biāo)尺的固定點(diǎn)作為間歇點(diǎn)，下次可以繼續(xù)線路水準(zhǔn)測量模式，保持線路的完整性，但在間歇后需對間歇點(diǎn)進(jìn)行檢測，比較任意兩尺承點(diǎn)間歇前后所測高差進(jìn)行檢查，符合限差要求后即可起測；若超過限差，可變動(dòng)儀器高度再檢測一次，如仍超限，則應(yīng)從前一水準(zhǔn)點(diǎn)起測。當(dāng)某一測站觀測誤差超限，在本站發(fā)現(xiàn)后可立即重測，若遷站后才檢查發(fā)現(xiàn)，則應(yīng)從水準(zhǔn)點(diǎn)或經(jīng)檢測合格的間歇點(diǎn)起始，重新觀測。某一線路結(jié)束時(shí)，可以結(jié)束測量并立刻查看線路

20、閉合差，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題提供了方便。 </p><p>　　外業(yè)觀測問題及解決方法 </p><p>　　3.4.1當(dāng)室外光線較強(qiáng)，望遠(yuǎn)鏡直接對準(zhǔn)陽光時(shí)，觀測速度明顯變慢，有時(shí)甚至不能測出數(shù)據(jù)。這就需要我們根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜照涨闆r合理安排觀測時(shí)間和觀測順序，必要時(shí)使用測傘，以提高效率。 </p><p>　　3.4.2 在有些大型廠房內(nèi)觀測時(shí)，室內(nèi)光線較暗，儀器的觀測速度也

21、會(huì)變慢甚至不能測出數(shù)據(jù)。解決方法是用事先準(zhǔn)備好的強(qiáng)光手電進(jìn)行照明，注意強(qiáng)光手電的光線不能垂直照射在條碼尺上，應(yīng)從側(cè)面帶有一定角度的照射在尺面上，這樣才能測出數(shù)據(jù)。 </p><p>　　3.4.3冬季作業(yè)，當(dāng)線路由室內(nèi)轉(zhuǎn)向室外時(shí)，由于溫度變化會(huì)對i角產(chǎn)生影響，會(huì)使線路的觀測質(zhì)量下降。此時(shí)應(yīng)將儀器置于室外一段時(shí)間，待儀器溫度與室外溫度接近時(shí)進(jìn)行不少于20次的單次測量預(yù)熱后，方可繼續(xù)進(jìn)行觀測。另外也可將儀器內(nèi)的加熱器

22、打開。 </p><p>　　3.4.4當(dāng)觀測人員調(diào)焦不準(zhǔn)確時(shí)，儀器觀測速度較慢甚至不能測出數(shù)據(jù)。這就要求觀測人員準(zhǔn)確調(diào)焦以提高觀測速度。 </p><p>　　3.4.5當(dāng)?shù)孛嬗姓饎?dòng)時(shí)儀器有時(shí)也能觀測出數(shù)據(jù)，但此測站結(jié)束時(shí)會(huì)顯示限差超限，這樣便影響了觀測的速度。觀測時(shí)注意確信震動(dòng)源造成的震動(dòng)消失后，才能啟動(dòng)測量鍵。 </p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理

23、與分析 </b></p><p>　　外業(yè)觀測數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，水準(zhǔn)測量計(jì)算采用清華三維NASW智能圖文網(wǎng)平差軟件。根據(jù)沉降觀測點(diǎn)的高程計(jì)算各點(diǎn)的沉降量，以及本周期平均沉降量、沉降速率和累積沉降量，根據(jù)以上數(shù)據(jù)編制沉降觀測成果表。根據(jù)沉降點(diǎn)位的具體分布還要繪制沉降點(diǎn)位分布圖。最后依據(jù)時(shí)間、平均沉降量、平均沉降速率繪制時(shí)間-沉降量曲線圖和時(shí)間-平均沉降速率曲線圖，結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)圖，所處的地質(zhì)情況

24、，負(fù)載，時(shí)間等情況分析建筑物的沉降數(shù)據(jù)是否合理?？偨Y(jié)變形點(diǎn)位的合理性，測量方案可行性。提高測量的客觀性和可靠性。每期觀測結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)處理觀測數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，必須立即通知建設(shè)單位和施工單位采取相應(yīng)措施： </p><p>　　3.5.1變形量達(dá)到預(yù)警值或接近允許值。 </p><p>　　3.5.2變形量出現(xiàn)異常變化。 </p><p>　　

25、3.5.3建筑物的裂縫或地表的裂縫快速擴(kuò)大。 </p><p>　　電子水準(zhǔn)儀與光學(xué)水準(zhǔn)儀的對比 </p><p>　　通過此次工程的具體使用，顯示出了電子水準(zhǔn)儀與傳統(tǒng)儀器相比具有以下優(yōu)勢： </p><p>　　精度高：讀數(shù)準(zhǔn)確，不存在觀測過程中的人為記錄誤差，人為讀數(shù)誤差。視線高和視距讀數(shù)都是使用大量條碼分劃圖像經(jīng)處理后取平均值得出的，削弱了標(biāo)尺分劃誤差的影響。

26、儀器具有多次讀數(shù)取平均值的功能，可以削弱外界條件的影響。 </p><p>　　效率高：儀器自動(dòng)記錄觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算測站的各項(xiàng)限差，不用人工記錄和計(jì)算，這極大地縮短了每一測站上消耗的時(shí)間，在某些震動(dòng)頻繁的地區(qū)，觀測時(shí)間的縮短對線路能夠快速順利的進(jìn)行具有很大的作用。只需調(diào)焦和按鍵即可自動(dòng)讀數(shù)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。 </p><p>　　內(nèi)外業(yè)一體化：所有觀測數(shù)據(jù)全部自動(dòng)存儲(chǔ)并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，自動(dòng)生

27、成外業(yè)觀測記錄，為后期數(shù)據(jù)處理提供了方便。數(shù)據(jù)傳輸后及時(shí)進(jìn)行備份，降低了在數(shù)據(jù)保存方面人為因素的影響。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　本文主要介紹了電子水準(zhǔn)儀的原理，使用方法及與傳統(tǒng)儀器相比較的優(yōu)勢。通過實(shí)際工作檢驗(yàn)，其精度指標(biāo)完全可以滿足沉降觀測工作的要求。電子水準(zhǔn)儀作為一種功能強(qiáng)大的測量系統(tǒng)，以其操作簡單，精度高，速度快等特點(diǎn)，

28、在越來越多的沉降觀測工作中會(huì)有良好的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，電子水準(zhǔn)儀的各項(xiàng)性能會(huì)更加進(jìn)步，相信其會(huì)在日后的測量工作中為提高工作效率發(fā)揮更大的作用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 王家貴 王佩賢等。測繪學(xué)基礎(chǔ)[M]，北京：教育出版社,2003年 </p><p>　　[2] 武漢測繪科技大學(xué)（測繪