電子水準儀在特殊地段的一、二等水準測量技術(shù)探討

摘要：杭州灣跨海大橋全長約36km，橋墩大部分處于海中和灘涂區(qū)，自然條件惡劣，受潮汐影響大，一般都存在4級風以上的自然風，且車流量大，整座橋梁處于動態(tài)中，給運營監(jiān)測的水準測量工作造成很大的影響，這篇文章就是關(guān)于特殊地段的水準測量方法的探討和總結(jié)，為類似外界環(huán)境的測量工作提供參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：杭州灣跨海大橋運營監(jiān)測 特殊地段 水準測量 電子水準儀 條碼尺子

1 電子水準儀的特點和原理

幾何水準測量是傳遞高程精度最高的方法，隨著電子水準儀的研制成功，大大縮短了外業(yè)的勞動強度，不熟練的作業(yè)人員也能進行高精度的測量工作，同時也加快了作業(yè)進度。它與傳統(tǒng)的水準儀相比有讀度數(shù)準確、自動記錄、精度高、速度快、效率高的優(yōu)點。

電子水準儀又稱數(shù)字水準儀，它是在自動安平水準儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它采用條碼標尺，各廠家標尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。目前照準標尺和調(diào)焦仍需目視進行。人工完成照準和調(diào)焦之后，標尺條碼一方面被成像在望遠鏡分化板上，供目視觀測，另一方面通過望遠鏡的分光鏡，標尺條碼又被成像在光電傳感器（又稱探測器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數(shù)。

2 影響電子儀器工作的外界因素和應(yīng)對措施

高精度的外業(yè)觀測過程中，經(jīng)常遇到特殊地段的水準觀測，測量電子儀器在觀測中往往會受到振動、光照、溫度、距離、地質(zhì)條件和儀器自身誤差的影響。經(jīng)常造成成果精度超限或者測站反復(fù)重測，在此就對各種因素的制約原因進行分析研究，進一步提高測量人員在野外的工作效率。

2.1 振動 振動主要分為：潮汐、過往車輛、大風對儀器造成的振動影響，且難以避免，直接影響水準作業(yè)的繼續(xù)。

2.1.1 潮汐：當水波遇到界面時，如墩子，會從邊界上反射回來，形成一列向岸外傳出的水波，與向岸內(nèi)傳來的水波重疊。當潮汐遇到墩子時，海水會在深度變淺時走得較慢，落在海水較深處的后面。其結(jié)果是水波向淺水彎曲。這就是人們熟知的河床沖刷，造成整個橋面及上面載體發(fā)生前后、左右、輕微而不間斷地抖動。

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措施：為了確保成果精度，應(yīng)避免在漲潮或退潮的時間段作業(yè)。當潮汐低于1m，并需要作業(yè)時，儀器架設(shè)高度應(yīng)處于110～120cm之間，三角架的架腿呈正三角錐形狀，且兩個架腿垂直于潮汐方向，增強儀器的穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)點的選取盡量避免采用尺墊，應(yīng)使用路旁應(yīng)急車道的減速帶，使儀器、條碼尺、轉(zhuǎn)點三者的振動頻率和橋面的頻率保持一致。

2.1.2 車輛行駛：橋面車流量較大，重型大貨車較多，且車速很快，車輛行駛過程中，會產(chǎn)生振幅較小，頻率較高的縱波，它屬于推進波，類似地震，使橋面發(fā)生上下的抖動。

措施：盡量避免在車流高峰期作業(yè)。當車流量較小且趨于穩(wěn)定時，儀器架設(shè)高度應(yīng)處于100～110cm之間，三角架的架腿呈正三角錐形狀，且兩個架腿平行于車輛行駛方向，增強儀器的穩(wěn)定性。同時要求儀器觀測人員，頭腦靈活，高效率作業(yè)，能做到根據(jù)車輛的密度和行駛的距離，隨時架設(shè)儀器，適時按儀器測量鍵讀數(shù)；能避免在路面的伸縮縫處架設(shè)儀器或設(shè)置轉(zhuǎn)點；當儀器反復(fù)不讀數(shù)時，先檢查儀器的水準氣泡，重新調(diào)焦距消除視差或重復(fù)當前測站的觀測，當水準氣泡超限時及時調(diào)整。

2.1.3 大風：當風力超過4級，條碼尺和儀器會在風力的作業(yè)下產(chǎn)生出輕微的晃動，這在高精度的水準測量中，是嚴重影響儀器的精度和安全的。

措施：盡量避免在6級大風的環(huán)境作業(yè)。當儀器處于6級風以下的環(huán)境作業(yè)時，儀器架設(shè)高度應(yīng)處于90～110cm之間，三角架的架腿呈正三角錐形狀，且兩個架腿位于順風方向，增強儀器的抗風能力和穩(wěn)定性。避免儀器晃動甚至摔倒，儀器操作人員和立條碼尺的人員應(yīng)穿緊身衣褲，精力高度集中，當水準氣泡超限時及時調(diào)整重測。

2.2 光線 由于電子水準儀是利用對條碼尺影像的探測和對比而獲取讀數(shù)的，因而光線對探測的影響也是很大的。

2.2.1 光線懸殊：清早或傍晚太陽高度較低，造成一個尺子處于光照之下，另一個尺子處于背光之下，影響儀器的讀數(shù)。或者中午太陽高度較高，一個尺子處于太陽直射之下，另一個尺子處于背陰之下，同樣會影響儀器的度數(shù)。

措施：盡量避免尺子在光線差異較大的位置設(shè)置轉(zhuǎn)點。當處于光線差異較大的環(huán)境時，儀器操作人員盡量把儀器架設(shè)在光線較好的位置，避免在背光或陰影下架設(shè)儀器。立條碼尺子的人員應(yīng)根據(jù)自己位置的光線強弱，調(diào)整尺面與儀器的關(guān)系，當尺子位于光線較強的位置時，尺面應(yīng)正對儀器，保持尺面上只有強光線而沒有陰影；當位于光線較弱的位置時，尺面正對儀器后，向背光面旋轉(zhuǎn)3-5度，保持尺面上只有弱光線或者只有陰影，從而避免儀器產(chǎn)生出懸殊效應(yīng)而不讀數(shù)。

2.2.2 逆光：當逆光觀測時，陽光直射到望遠鏡內(nèi)，造成光線過載，視野白茫茫一片，反復(fù)調(diào)焦距仍然不清晰，造成儀器停止讀數(shù)。

措施：在逆光環(huán)境作業(yè)時，儀器鏡頭應(yīng)當佩戴遮陽罩，逆光光線較強烈時，必須打傘遮住儀器，這樣也可以控制住光照對儀器i角的影響。在儀器出現(xiàn)不讀數(shù)情況時，儀器操作人員及時打手勢指令，立條碼尺人員配合手勢，略微旋轉(zhuǎn)標尺，即可讀數(shù)。

2.3 距離 水準規(guī)范對各個等級的視距均有相對應(yīng)的要求。當諸多因素制約儀器正常工作時，應(yīng)在規(guī)范要求的前提下，適當?shù)目s短視距的大小，以降低外界因素對儀器的影響。

2.4 地質(zhì)條件 當前進線路遇到沙漠、泥沼、草地、山地等復(fù)雜環(huán)境時，對儀器和轉(zhuǎn)點的影響很大，嚴重的影響到觀測結(jié)果的精度，必要時應(yīng)在觀測之前先設(shè)置好轉(zhuǎn)點。復(fù)雜環(huán)境對于儀器架設(shè)地點和轉(zhuǎn)點的選取要求很高，盡量選擇在地質(zhì)穩(wěn)定，且土壤含有機質(zhì)較少的地方，避免選擇在水邊，淤泥、草坪、以及石頭棱角等處。

2.5 儀器自身的誤差 儀器自身的誤差主要是：i角的誤差、條碼尺子0刻度損耗誤差和水準氣泡誤差。

因此在線路觀測前，先對儀器的i角進行自檢，保證儀器的精度。在同一水準點上觀測不同條碼尺的讀數(shù)差。在同一位置觀測同一條碼尺子前后左右的0刻度損耗誤差。用經(jīng)緯儀檢查條碼尺子的圓水準氣泡是否超限。自檢完畢后分別記錄備案，避免儀器自身誤差超限或損耗差值較大的儀器進行線路觀測。

總結(jié)：特殊地段進行水準線路測量時，盡量避免各種因素的影響和制約。在水準線路測量中當出現(xiàn)各個因素制約的情況時，作業(yè)隊長應(yīng)積極溝通、分析不利因素的主次關(guān)系，在特殊地段采取非常規(guī)測量的技術(shù)，能有效避免出現(xiàn)測錯或重測等現(xiàn)象，不但能提高作業(yè)效率，而且還能保證測量成果的精度。

參考文獻：

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