電子水準儀在沉降觀測中的應用分析

羅維揚　劉少靖

摘 要：隨著科學技術的飛速發展，測繪行業也隨之發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，從靜態到動態，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，是傳統幾何水準測量的突破，實現了水準測量數據采集、數據處理及數據記錄的全程自動化，方便了內外業一體化，具有測量速度快、操作簡便、讀數客觀、測量精度高等優點。

關鍵詞：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分析，才能為以后電子水準儀在更多領域開展應用提供理論依據。

2 電子水準儀概述

2.1 電子水準儀的墓本原理

數字水準儀測量原理，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則進行有序排列而成，這些黑白條碼的不同排列方法就構成了目前各數字水準儀生產廠家編碼標尺自主知識產權的核心。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。

水準儀內裝CCD光電傳感器和圖像數據處理系統。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，另一方面經過分光鏡的反射又被成像在CCD器件上，隨后轉化成電信號，經整形后進入模數轉換系統（A/D），從而輸出數字信號送入微處理器進行處理和存儲，并將其與內存的標準碼（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。

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，然后進行人工調焦。完成以上步驟后在標尺條碼望遠鏡分化板上就會出現標尺條碼，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，會在分光鏡出現標尺條碼進行電子讀數。但電子水準儀如今生產的廠家眾多，型號和品牌也不盡統一，所以往往由于不同廠家生產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，且數字化的數據顯示和儲存，不會出現數據遺漏、錯誤等問題，所以測量結果客觀。

2.2.2 精度高

電子水準儀利用圖像處理技術自動識別讀數，免除了觀測員人工讀數誤差的影響。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，視線高和視距讀數都是采用大量條碼分劃圖像經處理后取平均得出來的，因此削弱了標尺分劃誤差的影響。多數儀器都有進行多次讀數取平均的功能，可以削弱外界條件影響。

2.2.3 高 效

傳統水準測量工作中往往由于需要報數、聽計、計算和現場分析，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，所有的測量數據，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；測量結束后還能直接將數據輸入計算機系統中，更加便捷的進行數據處理分析，至少節約時間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得到了廣泛的應用。通常情況下在距離建筑物沉降區較遠的穩定區選定垂直位移監測網的基準點，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對基準點按規范進行水準測量，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，根據工程測量規范要求采用二等水準測量的方法對尾礦沉降進行觀測。經過11次觀測，每次觀測都形成閉環。經過實際的應用確實證明電子水準儀能夠展現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定運行提供必要的數據依據。一般在地鐵地下隧道中5～10 m距離設置一個監測點，上限和下限均設置監測點，所以往往會導致監測點的數量眾多。而地鐵隧道沉降監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，節約觀測時間，實現長期隧道沉降監測。

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，并且要根據設備的使用說明及時充電延長設備壽命。

5 結 語

電子水準儀在工程測量領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域的應用空間巨大，且智能化發展的空間還巨大，未來還有待進一步的發展和研究。

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