数字水准仪的应用研究

数字水准仪的应用研究（精选3篇）

数字水准仪的应用研究 篇1

根据现行公路桥涵养护规范，定期对大型桥梁的桥面高程进行测量检测是大中型桥梁养护一项重要内容。桥面高程检测(即沉降观测)的观测精度要求甚高，只有采用精密的水准测量才能满足要求。而电子水准仪的具有测量速度快、读数客观、能减轻观测人员的劳动强度、精度高、测量数据易于传输和容易实现水准测量内外业一体化的特点，在桥梁的沉降观测中得到越来越多的应用。笔者利用数字水准仪在广西进行了多座特大型、大型桥梁的桥面沉降观测，并取得了良好的效果。

（一）测量仪器选择

桥面高程观测一般采用二等水准的精度观测，特大桥采用一等水准的精度观测。为了满足一、二等水准测量的精度要求，必须使用精密的水准测量仪器。而日本产SOKKIA-SDL30M电子水准仪的具有测量速度快、读数客观、能减轻观测人员的劳动强度、精度高、测量数据易于传输和容易实现水准测量内外业一体化的特点，非常适合在桥梁的沉降观测中应用。

1. SOKKIA-SDL30M电子水准仪的特点

(1) SDL30M采用CCD读取独特的码型并交由CPU进行处理。观测值以数字显示，减少了观测员的判读错误。

(2)出色的精度表现：使用铟钢RAB码水准尺每公里往返测标准差为±0.4mm。

(3)对准条码水准尺调焦，一个简单的单键操作，仪器立刻以数字形式显示精确的高差和距离。水准测量变得前所未有的简便，精确和高效。SDL30M具备自动计算功能，用户无需随身携带计算器。

(4) SDL30M在光线极暗或极强的环境下仍能正常工作。黑暗环境下作业时，借助手电等人工照明仍可测量。SDL30M精巧的设计使仪器在光线不匀，闪烁，抖动等不利环境下都有稳定的精度。

(5)可以连接SDR电子手簿自动测量和记录数据，大大提高了工作效率。

2. 基本技术参数

在大型桥梁观测进行沉降观测时，使用的是日本SOKKIA-SDL30M电子水准仪。电子水准仪基本参数如下表1:

（二）基准点布设

现行规范规定新建的大桥、特大桥应在竣工时设置便于检测的永久性观测点和控制点，但是，由于桥梁建设单位技术水平及经费的限制，建立的控制点大多数不能满足精度要求;而2004年以前建成通车的桥梁中，大多数没有建立永久性观测点和控制点。因此，对桥梁进行监测前应首先进行基准点的布设。

为了对桥面进行沉降观测，必须在各桥的两端分别布设3个水准基准点作为高程测量的依据。水准基准点均选择在易保存、方便使用、不碍交通的地方进行设置，牢固可靠。水准点的布设要求成一圆弧，以便在圆心处架设仪器观测。

为了保证基准点的稳固，工程中的基准点为钻入基岩40cm后埋设深层金属管基准点，各点设置半圆铜头标志，并水泥砼盖板保护。作好点之记资料，以便日后使用。

（三）观测点设置

根据《公路桥涵养护规范》(JTG H11-2004)，桥面高程检测项目的观测点布置沿行车道两边(靠缘石处)，按每孔跨中、L/4、支点等不少于五个位置(10个点)。测点应固定于桥面板上。

实际工程中可以根据桥梁的结构特征的具体情况适当增加观测点，如悬臂梁桥可在两悬臂梁端各增设一个观测点。沉降观测点均为钻入桥面砼(深度大于15cm)，用高标号砂浆固定于桥面板上，采用钢圈保护。注意钢圈大小应满足放置铟瓦尺的要求，一般内直径应不小于12cm。设置完后作好点之记。

（四）桥面沉降测量

基准点观测一般采用一、二等水准的精度观测，按一级或二级变形测量级别进行测量，观测线路必须构成环线。限差要求严格工程测量规范及建筑物变形测量规范进行，水准观测的视线长度、前后视距差和视线高按表2进行控制，水准观测的限差应符合表3规定。控制测点应尽量与国家高程控制测量网联测。

表3中n为测站数。

观测点测量采用二等水准的精度观测，观测从桥的一端向另一端进行往返观测，分上下游二条水准路线进行观测。每次进行观测点测量前应对基准点进行检查、检测，如有被移动或精度不合要求时，应及时进行补设。

测量时采用电子水准仪和与其配套的铟钢尺进行，电子水准仪自动记录数据，为了检查方便，最好同时采用人工同时记录。观测采用“后、前、前、后”的观测顺序进行，严格控制视线长度及前后视距差。由于桥梁上行车较多，测量最好选择行车较少的夜间进行，采用人工照明。

测量时要求每次测量在相近的时间及测量条件下进行，线路走向一致，起算数据一样。为也更好地减少外业所发时间，最好在白天用皮尺量好每站测量的距离，在中点作好记号。测量时按所做的记号进行，更能控制前后视距差。

（五）测量数据处理

1. 测量精度评定

基准点测量为闭合水准路线，观测点为附合水准路线。他们的闭合差均可按测站数进行分配。评定精度可用等权观测进行评定。

一测站的高差中误差计算：

(1) 式中d为每条水准线路往返高差较差(mm);n为水准线路上单程的测站数。

2. 沉降曲线绘制

对于历次观测资料，按日期先后编制高程测量成果表，各种观测与第一次观测高程之差为垂直位移。为了更形象地表征桥面高程的变化，要求建立沉降观测曲线。观测曲线可以观测点号为横坐标，直位移为纵坐标，以第一次观测数据为基准绘制沉降观测曲线来进行分析。图1为某斜拉桥的四次沉降观测曲线，从曲线图上可以较直观地分析各点的沉降量。从沉降曲线图并配合各观测点的位置，可看出在D18、D26、D28沉降量较小;而点D22, D24两点沉降量较大，为40～50mm。

3. 沉降变形分析及预测

根据各观测点在不同观测时间的垂直位移量及绘制的观测曲线，可以分析变形的影响、大小和趋势。如果借助一定的分析工具，可以用统计方法进行识别判断观测点的变动情况，对桥梁的安全状况进行分析。常用的分析方法有：线性回归分析法、曲线拟合法、灰色系统分析法、时频联合分析法及有限元分析法。各方法都有一定的优缺点，分析时根据需要选用，本文不再进行讨论。

（六）结论

用电子水准仪进行水准测量不仅精度高，效益好，而且能较好地满足桥面沉降观测的精度要求，实现水准测量内外业一体化。其良好的抗抖动性及在光线极暗的环境的仍能正常工作性能为受动荷载影响较大的桥梁工程的变形观测提供了有力的测量工具。通过测量结果处理绘制的沉降观测曲线能较好的反映各观测点的沉降量，能为桥梁的安全运营提供分析数据。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.JTG H11-2004, 公路桥涵养护规范[S].北京:人民交通出版社, 2004.

[2]中华人民共和国行业标准.JGJ8-2007, 建筑变形测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[3]SOKKIA-SDL30M电子水准仪使用手册[K].日本索佳公司.

[4]胡伍生, 沙月进.交通土建施工测量[M].北京:人民交通出版社, 2002.

[5]唐咸远, 梁鑫.桥面沉降观测方法及数据处理探讨[J].山西建筑, 2007年5月.

数字水准仪的应用研究 篇2

数字水准仪面世之前, 在进行高等级的控制测量时我们往往都是采用普通的光学水准仪获取高程数据, 但是这种传统的方法外业强度大, 速度慢。伴随测量仪器的发展将数字水准仪运用到高等级的水准测量已经成为可能。数字水准仪具备多种优点, 如:数据自动存储、测量效率高省时省力、不须人工计算仪器就能自动计算出各项精度指标等优点, 非常有效的减少了我们的外业的人力及物力, 提高了观测的精度。但在实际生产中, 数字水准仪并未得到普遍使用, 我们此次研究的背景就是将数字水准仪应用在高等级的控制网网中, 考察数字水准仪的精度及其数据的可靠性。

2 数字水准仪的原理

一个数字水准仪测量系统主要包括:光学望远镜、CCD传感器、A/D转换器、数据处理系统等。它比普通的光学水准仪最大的不同就是多了一个电子设备。数字水准仪的工作基本原理是当仪器照准铟瓦尺后, 一部分光路直接在望远镜分化板上成像, 供目视观测;另外一部分则通过分光镜折射到CCD传感器的像平面上, 然后经过一些列的光电转化和模数转换输出的数字信号就被送到微处理器处理和存储, 并与仪器内存的标准码进行比较, 按照一定的方式进行对比就可以获取高度和水平距离的信息, 并且最终在屏幕上将这些信息显示出来。

3 应用实例和精度分析

为了检验数字水准仪的精度是否能适用于高等级的控制网, 本次研究我们结合一次实际作业中的水准测量为例。我们以江西某在建工业园区的施工区建立施工控制网为例, 按照二等水准技术要求规范进行水准测量获取控制点的高程信息。我们设计的水准路线是采用闭合线路, 路线总长度为5.8公里, 使用的仪器为天宝DiNi12数字水准仪及其配套的水准尺一对。

我们本次测量选择的水准线路经过了一块施工场地和另外一段沙地。我们在经过施工场地时, 发现里面有大量的重型打桩机在进行施工, 走在路面能感觉地面有轻微的晃动, 因此我们选择在早上和傍晚打桩机停止工作时进行施工区域的水准作业, 以减小外业环境对测量结果的影响。而在另外一段经过沙地的线路上我们发现在架设好仪器和标尺时容易产生下沉, 这样对我们的测量成果有很大影响, 因此根据现场的情况, 我们在进行测量时要把脚架和尺垫都踩实同时我们的观测人员要快速地完成作业。由于上述两个区域对仪器的影响较大, 我们实际作业时往往要反复观测好几次才能达到规范的要求。我们本次测量总共用时两天, 完成外业后将该控制网水准测量的精度整理出来, 见表1所示。

从表1中可以看出, 我们此次水准测量的各项指标均满足规范要求, 整个环形闭合网的闭合差为2.14mm, 低于《国家二等水准测量规范》所规定的限差±9.7mm;每千米高差的偶然中误差为±0.37mm, 小于《国家二等水准测量规范》所规定±1.0mm的要求。综上可以看出我们的测量成果完全满足二等水准测量规范。

此次我们的水准测量是按照二等水准技术进行施测的, 其结果也能满足二等水准规范, 接着我们按照国家一等水准测量的精度指标来计算该次测量的各项限差, 以探讨是否也能满足一等水准测量规范。如若按照二等水准施测规范都能满足一等水准的精度, 那数字水准仪也必能应用在一等水准测量中。

通过计算我们首先计算线路的环闭合差。将线路长度代入一等水准测量的环闭合差公式, 计算结果为5.3mm, 而我们此次水准测量的环闭合差是2.14mm, 符合一等水准网规定的闭合差。同样我们将各项数据代入一等水准计算的公式, 发现我们往返不符值与每公里高差偶然中误差均满足一等水准规范所规定的的限差。这说明数字水准仪完全能在一等水准测量中进行使用。

4 结语

在本次实验中我们是依照《工程测量》二等水准规范要进行施测的, 同时我们设计的水准线路经过了两个观测环境较差的区域, 但最后我们测量结果的各项指标均低于《国家一等水准测量规范》的要求, 因此我们认为天宝DiNi12数字水准仪完全能适用于高精度的工程测量以及国家一等水准网的测量。

数字水准仪的自动测量技术可以有效的防止人为读数误差, 测量过程简洁迅速, 测量成果准确可靠节省人力, 大大提高了工作效率。并且在我们此次的研究中能够体现, 将数字水准仪运用在高等级的控制测量中具有精度高、观测成果可靠、能够轻易实现水准测量中内外业一体化, 方便资料获取的及时性。所以数字水准仪应在工程测量和国家水准网测量方面广泛的推广使用, 将具有较好的应用前景。

摘要：介绍了数字水准仪的组成、原理及其特点。结合实际某在建工业园区的控制测量, 对数字水准的精度及数据可靠性进行分析, 最后介绍了数字水准仪的应用前景。

关键词：数字水准仪,精度分析,应用

参考文献

[1]薄志鹏, 刘国辉, 王泽民.数字水准仪评述[J].测绘通报, 1996 (2) :30-35.

[2]GB/T12897—2006国家一、二等水准测量规范[S].2006.

[3]GB50026—2007工程测量规范[S].2007.

建筑沉降观测中水准仪的应用研究 篇3

1 数字水准仪特性

电子数字水准仪的速度快、效率高。传统的几何水准测量, 仪器站必须要有2人, 1人观测, 1人记录计算, 而使用数字水准仪完全可以由1人进行观测, 自动记录, 并实现了内外业一体化。观测只需要对准水准尺调焦和按键就可完成、记录及计算, 不存在误读、误记、没有人为读数误差。仪器可与计算机相连, 进行数据后处理, 实行内外业一体化。由于仪器具有自动观测、记录的功能, 省去了作业人员的观测、报数、记录、现场计算的时间及人为出错而出现的重测。数字水准与传统仪器相比速度快、既省时、又省力可节省1/3左右的时间, 从而大大提高了工作效率。

Trimble的DiNi12电子水准仪是世界上精度最高的数字水准仪, 可全自动平差, 可实现无纸化作业, 自动出报表。无论您是做工程测量、结构、沉降观测、还是做高精度的水准网观测, Trimble的DiNi电子水准仪都能为您提供精确的观测结果和可靠的数据。

2 数字水准仪的应用

2.1 控制网建立基本要求及建立方案

为了加强某厂房施工现场各重要构筑物沉降测量的监测工作, 确保该厂房新建生产线的顺利实施, 要求对建筑物在施工和运行阶段定期进行沉降监测工作。首先必须建立施工现场高程控制网, 从而保证各期观测有统一的高程基准。沉降监测控制网的建立有以下基本要求。

(1) 基准点 (特别是核心基准点) 应建立在受施工影响小、易于保存的稳定区域, 在整个工程施工结束四个月内不被破坏。 (2) 在工作测点上, 最好直接观测到基准点, 以便于沉降监测时进行工作测点稳定性的检核。 (3) 基准点分组布设, 一般每组不少于三个 (条件不容许时不得少于2个) 点, 点间距控制在80m~200m范围内。 (4) 高程控制基准点应连接成多结点水准网, 按现场施工要求, 高程基准网布设成二等水准网。

根据以上的基本要求, 结合现场及周边的条件进行控制网的设计 (见图1) 。

2.2 观测方案

目前国家还没有制定数字水准仪的相关规范和技术要求, 国内也没有同类项目中应用的成熟经验可借鉴, 对数字水准仪在高等水准网建立中的应用, 其操作流程、外界因素影响程度及最终精度尚无规律可循。本次高程控制网要求为二等水准网, Trimble的DiNi12电子水准仪能满足现场施工要求。

在观测过程中, 为了保证外业测量数据的准确性, 在仪器站仍然安排2人, 1人观测, 1人记录计算, 将记录成果作为内业数据检核之用。由于Sprinter 200M数字水准仪记录软件中没有基辅分划读数差的超限控制和提示的问题, 为保证观测精度, 采取每照准一个方向, 设置读数两次, 如其两次读数之差符合所给定的限值, 则取平均数为观测值, 否则重测。

2.3 数据处理分析

此二等水准网, 由18个点组成 (见图1) , 布设成多结点闭合水准网。用Trimble的DiNi12电子水准仪外业观测, 获得了所需的原始数据, 分析数据中无错误或大的粗差, 并进行初步的检核。构成该水准网两个大环和一个小环, 各环的基本情况如表1所示。从表1可以看出, 二等水准的外业观测是合格的, 其精度指标远远高于规范所规定的允许误差, 说明Trimble的DiNi12电子水准仪用于本次沉降观测二等水准网的建立可行。

可以看出, 各点的高程中误差控制在1mm以内, 精度符合工程要求。平差后的单位权中误差为0.62mm, 每公里观测高差之中误差为1.56mm, 且通过了置信度评价。本沉降监测控制网是正确, 可以采用的。

3 结语

(1) 测量精度高, 在一定地区和条件下, 能够满足工程上二等水准测量的需要。同时具有速度快、效率高、能有效减轻作业劳动强度的优点。 (2) Trimble的DiNi12电子水准仪读数客观、真实, 避免了测量工作当中的测、记误差, 确保了测量数据的可靠性。 (3) 在施测过程中, 测站应尽量远离强磁场 (变压器等) 作业。强磁场有可能影响仪器的补偿器, 导致测量误差, 若产生不可靠的测量数据要进行检核;同时, 应防止地面震动对观测的影响。

参考文献

[1]刘旭春.高精度数字水准仪在沉降监测中的应用[J].测绘通报, 2006 (1) :58～61.