电子水准仪在沉降观测中的应用分析

罗维扬　刘少靖

摘 要：随着科学技术的飞速发展，测绘行业也随之发生了翻天覆地的变化。从一维、二维到三维乃至四维，从点信息到面信息获取，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人眼到机器人自动寻求目标观测。电子水准仪的出现，是传统几何水准测量的突破，实现了水准测量数据采集、数据处理及数据记录的全程自动化，方便了内外业一体化，具有测量速度快、操作简便、读数客观、测量精度高等优点。

关键词：电子水准仪；沉降观测；工程测量

中图分类号：TU196 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）29-0055-02

1 电子水准仪研究意义

电子水准仪在现阶段几何水准测量中应用广泛，尤其是精密工程、建筑物的沉降变形观测、桥梁工程沉降观测、地铁隧道沉降观测甚至是煤矿沉降观测中都起着重要作用。所以必须要对电子水准仪的基本工作原理、使用方法、设备的特点以及使用过程中需要注意的问题进行分析和研究，且对电子水准仪的应用进行总结分析，才能为以后电子水准仪在更多领域开展应用提供理论依据。

2 电子水准仪概述

2.1 电子水准仪的墓本原理

数字水准仪测量原理，如图1所示。

电子水准仪由条码尺和主机两部分构成。其中条码尺由宽度相等或不等的黑白（黄）条码按照某种编码规则进行有序排列而成，这些黑白条码的不同排列方法就构成了目前各数字水准仪生产厂家编码标尺自主知识产权的核心。电子水准仪主要是由自动安平水准仪为基础，基本构造由光学机械部分、自动安平补偿装置和电子设备组成。

水准仪内装CCD光电传感器和图像数据处理系统。编码标尺用不同宽度的条码组合来表示尺面的不同位置，人工完成照准及调焦后，标尺条码一方面被成像在望远镜分划板上，供目视观测，另一方面经过分光镜的反射又被成像在CCD器件上，随后转化成电信号，经整形后进入模数转换系统（A/D），从而输出数字信号送入微处理器进行处理和存储，并将其与内存的标准码（参考信号）按一定的方式进行比较，即可获得编码标尺的高程读数。

在使用电子水准仪时必须要通过目视进行电子水准仪的照准标尺，然后进行人工调焦。完成以上步骤后在标尺条码望远镜分化板上就会出现标尺条码，可以进行人工观测；如果利用电子水准仪的光电传感器也可以进行测量，会在分光镜出现标尺条码进行电子读数。但电子水准仪如今生产的厂家众多，型号和品牌也不尽统一，所以往往由于不同厂家生产的电子水准仪条码图案和标尺编码不一样就无法通用。当然电子水准仪也具备普通自动安平水准仪的功能，可以当做普通水准仪使用，由于电子水准仪并不配备光学测微器，测量精度低于电子测量的精度。

2.2 电子水准仪的特点

电子水准仪与传统光学仪器比较，它有以下特点。

2.2.1 客观

由于电子水准仪通过自动化的电子传感器进行测量，所以就测量本身而言不会受到人为因素的干扰，且数字化的数据显示和储存，不会出现数据遗漏、错误等问题，所以测量结果客观。

2.2.2 精度高

电子水准仪利用图像处理技术自动识别读数，免除了观测员人工读数误差的影响。观测信号与参考信号采取全截断比对，对图形影像所有分划取平均值，视线高和视距读数都是采用大量条码分划图像经处理后取平均得出来的，因此削弱了标尺分划误差的影响。多数仪器都有进行多次读数取平均的功能，可以削弱外界条件影响。

2.2.3 高 效

传统水准测量工作中往往由于需要报数、听计、计算和现场分析，所以需要大量的时间，并且由于人工测量误差较大，一旦超出误差范围需要重测更是浪费大量时间。而电子水准仪不需要人工进行计数，所有的测量数据，记录储存功能设备自身都能完成，大大减轻了人工的负担和人为影响因素；测量结束后还能直接将数据输入计算机系统中，更加便捷的进行数据处理分析，至少节约时间40%以上。

3 电子水准仪在沉降观测中的应用分析

3.1 电子水准仪在建筑物沉降观测中应用

电子水准仪在建筑物沉降观测中已经得到了广泛的应用。通常情况下在距离建筑物沉降区较远的稳定区选定垂直位移监测网的基准点，一般尽量控制在3～5个点；而后在建筑物的正反面基柱上布置沉降观测点，并做好装饰保护，安装上不锈钢半圆球以方便观测时树立标尺；在基准点设定好后一个月必须要连续对基准点按规范进行水准测量，计算其闭合差小于要求，且精度达到标准要求。沉降点需要按规范进行水准测量，确保精度到到要求。在观测点和基准点设置完成后进行第一次测量，而后建筑每完成一层进行一次测量，待整座建筑完工验收后第一年，应当每三个月观测一次，第二年以后半年观测一次，如果沉降符合该建筑建设时的安全范围便可停止观测。

3.2 电子水准仪在尾矿沉降观测中的应用

在某尾矿库堤的沉降观测中也引用过电子水准仪进行测量，该尾矿库堤长200 m、宽4.5 m，根据工程测量规范要求采用二等水准测量的方法对尾矿沉降进行观测。经过11次观测，每次观测都形成闭环。经过实际的应用确实证明电子水准仪能够展现良好的精确性和高效性，为尾矿安全管理起到重要作用。

3.3 应用于地铁隧道长期沉降观测

在地铁隧道长期沉降观测中应用电子水准仪，能够有效的提高沉降观测工作效率，为地铁工程的安全稳定运行提供必要的数据依据。一般在地铁地下隧道中5～10 m距离设置一个监测点，上限和下限均设置监测点，所以往往会导致监测点的数量众多。而地铁隧道沉降监测工作只能够在夜间进行，而通过电子水准仪就能够高效进行测量，节约观测时间，实现长期隧道沉降监测。

4 电子水准仪应用注意问题

电子水准仪在使用过程中也必须要注意一些使用上的问题。首先，必须要保证水准仪条码尺的清洁，且测量过程中必须要保证仪器扫描范围内条码尺亮度一致，应尽量避免在光线太强或太弱时进行观测；其次，电子水准仪一般都不具备防水功能，精密仪器必须要做好防水、运输途中的保护工作，并且要根据设备的使用说明及时充电延长设备寿命。

5 结 语

电子水准仪在工程测量领域中的应用越来越广泛，建筑物沉降观测只是电子水准仪应用的一小部分。未来电子水准仪在工程测量领域的应用空间巨大，且智能化发展的空间还巨大，未来还有待进一步的发展和研究。

参考文献：

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[2] 酒正纲，张志伟，李岩松.DL-101系列电子水准仪在沉降观测中的应 用[J].河北建筑工程学院学报，2011，（1）.

[3] 张福利.DiNi12电子水准仪在沉降观測中的应用[J].山西建筑，2010，（33）.