電子水準(zhǔn)儀在建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究.doc

畢業(yè)論文畢業(yè)論文題目 電子水準(zhǔn)儀在建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究學(xué)院專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 性別 指導(dǎo)教師 職稱 2012年6月15日摘要建筑變形監(jiān)測(cè)是按照一定的周期對(duì)變形體進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)以確定其形狀在空間位置隨時(shí)間的變化量，并利用觀測(cè)結(jié)果總結(jié)出變形規(guī)律從而監(jiān)測(cè)變形體的運(yùn)動(dòng)。如果變形超過(guò)了限差，就會(huì)影響建筑物的正常使用，嚴(yán)重的會(huì)使建筑物傾斜甚至倒塌。因此，在建筑物施工過(guò)程和運(yùn)營(yíng)期間，都需要對(duì)它們進(jìn)行變形觀測(cè)，確保工程建筑物的穩(wěn)定性，為安全運(yùn)行診斷提供必要的信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施。本論文主要介紹了電子水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)、測(cè)量原理；電子水準(zhǔn)儀的種類和特點(diǎn)，目前發(fā)展的現(xiàn)狀，今后發(fā)展的趨勢(shì)。電子水準(zhǔn)儀的誤差來(lái)源，以及其常規(guī)的檢驗(yàn)與校正方法。利用電子水準(zhǔn)儀獲得工程的沉降數(shù)據(jù)后，通過(guò)數(shù)據(jù)處理繪制出沉降-荷載曲線圖和沉降等值線圖等；依據(jù)電子水準(zhǔn)儀的基本原理及其在建筑沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究和分析,從而得出對(duì)普及電子水準(zhǔn)儀的應(yīng)用和發(fā)展有益的結(jié)論。關(guān)鍵詞：電子水準(zhǔn)儀；變形監(jiān)測(cè)；沉降觀測(cè)AbstractBuilding deformation monitoring is repeated observing the deformation objects with a certain period to determine the shape of the spatial position with the change of time, and using the observed results to sum up the law of deformation and to monitor the movement of the deformation objects. If the deformation exceeds the limit, it will affect the normal use of the building, and will seriously make the building tilting or even collapse. Therefore, in the period of building construction and operation ,observing the building deformation to ensure buildings stability is very necessary .And then it can provide the necessary information for safe operation. It can also find problem and take measures to solve the problem timely. This paper introduces the structure , types , characteristics and measurement principle of the digital level instrument. This paper also probe into the development situation at present and the development trend in the future of the digital level instrument. Importantly, this paper make a research of large number of engineering applications, especially in the settlement monitoring ,of the digital level instruments.Electronic leveling instrument error source, and its routine inspection and correction method. Use of electronic level to obtain engineering settlement data, through the data processing to map out the settlement - load curve and settlement isoline map. To research and analysis on the basis principle of electronic level and its application in building settlement monitoring, the useful conclusions in popularization and development of electronic leveling instrument application is obtained.Key words:Electronic level; Deformation monitoring; Settlement observatioII目錄第一章電子水準(zhǔn)儀的基本原理11.1引言11.2電子水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理11.3 電子水準(zhǔn)儀的種類和特點(diǎn)11.3.1 電子水準(zhǔn)儀的種類11.3.2 電子水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)71.4 電子水準(zhǔn)儀的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)8第二章建筑變形觀測(cè)122.1建筑變形觀測(cè)122.1.1 建筑變形觀測(cè)概述122.1.2 建筑變形觀測(cè)的分類122.1.3 建筑變形觀測(cè)的特點(diǎn)132.1.4 建筑變形觀測(cè)的基本方法142.2 變形觀測(cè)的重要意義14第三章電子水準(zhǔn)儀的觀測(cè)方法163.1 DiNi 12電子水準(zhǔn)儀的簡(jiǎn)介163.2 電子水準(zhǔn)儀的觀測(cè)方法17第四章電子水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正194.1 電子水準(zhǔn)儀的誤差194.2 電子水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正214.2.1電子水準(zhǔn)儀常規(guī)檢驗(yàn)與校正214.2.2電子水準(zhǔn)儀i角的檢驗(yàn)與校正22第五章電子水準(zhǔn)儀在變形觀測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例255.1 工程概況255.2 沉降觀測(cè)高程控制網(wǎng)方案設(shè)計(jì)255.2.1 觀測(cè)儀器及依據(jù)255.2.2水準(zhǔn)基點(diǎn)的布設(shè)265.2.3工作基點(diǎn)的布設(shè)265.2.4 沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)265.2.5觀測(cè)方法275.2.6 觀測(cè)成果275.3數(shù)據(jù)處理與分析285.3.1 觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)成果285.3.2 累積沉降值305.3.3 沉降等值線圖315.3.4 沉降-荷載-時(shí)間曲線圖315.3.5各觀測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間累積沉降速度曲線圖34第六章總結(jié)與展望366.1經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析366.2 結(jié)論366.3 展望36參考文獻(xiàn)37致謝38附錄一中文譯文附錄二 外文翻譯原文IV電子水準(zhǔn)儀在建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究第一章 電子水準(zhǔn)儀的基本原理1.1引言隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展, 高大建筑物越來(lái)越普遍, 建筑物的安全也越來(lái)越受到社會(huì)各界的關(guān)注, 為保證建筑物的順利施工和施工后的安全運(yùn)營(yíng),就必須對(duì)建筑物進(jìn)行系統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)，其中一項(xiàng)重要工作就是沉降觀測(cè)。因此對(duì)建筑物進(jìn)行精確的沉降觀測(cè)就顯得尤為重要，因?yàn)樗P(guān)系到整個(gè)工程的施工安全和使用安全。隨著測(cè)繪儀器制造技術(shù)的飛速發(fā)展,沉降觀測(cè)手段也從傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)儀發(fā)展到現(xiàn)在的電子水準(zhǔn)儀。電子水準(zhǔn)儀以其時(shí)尚的外觀設(shè)計(jì)、操作方便、高精度等諸多優(yōu)點(diǎn),得到了廣大測(cè)繪工作者的青睞，在各種工程的變形監(jiān)測(cè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。為了監(jiān)測(cè)驗(yàn)證電子水準(zhǔn)儀的精度，本文以天寶DiNi-12電子水準(zhǔn)儀為例，通過(guò)實(shí)際的工程沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證電子水準(zhǔn)儀的精度完全符合沉降監(jiān)測(cè)的精度。1.2電子水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理電子數(shù)字水準(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(lái)的。電子水準(zhǔn)儀是通過(guò)感光器分析標(biāo)尺影像對(duì)一維數(shù)字影像處理的應(yīng)用(一維數(shù)字影像處理原理：影像-數(shù)字化-譯碼數(shù)據(jù)處理-結(jié)果)，利用二極管檢測(cè)陣列來(lái)代替測(cè)量人員的眼睛，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)。水準(zhǔn)條碼標(biāo)尺上的不用條碼在通過(guò)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(hào)，經(jīng)過(guò)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，供計(jì)算、查核和保留之用。其工作原理如圖1-1所示。1.3 電子水準(zhǔn)儀的種類和特點(diǎn)1.3.1 電子水準(zhǔn)儀的種類目前流行的幾種電子水準(zhǔn)原理主要是相關(guān)法、幾何法、相位法、RAB原理及葉氏原理。從這幾種原理的共同性的角度看，都使用了光學(xué)水準(zhǔn)儀的光路原理，也都使用了條形碼標(biāo)尺,條碼明暗相間，通過(guò)改變明暗條碼的寬度實(shí)現(xiàn)編碼，且條碼不存在重復(fù)的碼段。但它們的編碼規(guī)則也有非常明顯的個(gè)性區(qū)別,從這些區(qū)別是可以看出它們的解碼原理的區(qū)別的。另外，除上述編碼環(huán)節(jié)存在共同性外，解碼環(huán)節(jié)也還是有共同性的?？梢詳喽ǎ械碾娮铀疁?zhǔn)原理的解碼過(guò)程都存在粗測(cè)、精測(cè)和精粗銜接這些步驟過(guò)程。且這些過(guò)程和普通的光學(xué)模擬水準(zhǔn)儀仍然有相似之處。如圖1-2所示：YN條形編碼標(biāo)尺CCD光電傳感器數(shù)字圖像鎖定譯碼圖像處理計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)液晶顯示數(shù)據(jù)查核、保留圖1-1 電子水準(zhǔn)儀工作原理圖1-3相關(guān)法的直接黑白編碼原理（1）相關(guān)法Leica儀器使用相關(guān)法，其解碼原理就是對(duì)圖像信號(hào)與約定的編碼進(jìn)行相關(guān)解算，尋找最大相關(guān)點(diǎn)的位置從而完成圖象識(shí)別進(jìn)而獲得所截獲的條碼片段的原碼(粗測(cè)值)和物象比(距離)，精測(cè)原理則由電子中絲和碼元的相位關(guān)系實(shí)現(xiàn)。其解碼突破口在于二維相關(guān)搜索運(yùn)算。由于是直接進(jìn)行相關(guān)搜索運(yùn)算，所以標(biāo)尺的編碼直接以偽隨機(jī)碼進(jìn)行黑白二進(jìn)制編碼。如圖1-3所示，碼元0和1分別與條碼的黑自相對(duì)應(yīng)。圖1-2 常見(jiàn)的電子水準(zhǔn)儀原理相關(guān)法的優(yōu)點(diǎn)是思想方法簡(jiǎn)單，而缺點(diǎn)是由于粗測(cè)值和距離(物象比)兩個(gè)未知量同時(shí)進(jìn)行二維相關(guān)運(yùn)算搜索，而每個(gè)條紋中所包含的碼元數(shù)目具有很大的隨意性，最少是1個(gè)碼元，而最多可以是16個(gè)碼元，而且碼元寬度很窄(如2.025mm)遠(yuǎn)距離是無(wú)法直接分辨碼元少的窄條紋的(“淹沒(méi)”現(xiàn)象)，由于相關(guān)法是比較實(shí)在的由所有像素參與的對(duì)可能結(jié)果的“窮舉式表決”，那些“淹沒(méi)”的條紋和條紋邊沿細(xì)節(jié)以及被遮擋損壞的少量條紋并不足以影響到整個(gè)“投票結(jié)果”，實(shí)現(xiàn)了可靠的解碼。但由此帶來(lái)的運(yùn)算量非常巨大，于是導(dǎo)致了測(cè)量速度慢和對(duì)微處理器的速度要求高以及能耗大等缺陷。為解決測(cè)量速度慢的問(wèn)題，早期的徠卡儀器在望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦旋鈕上安裝傳感器以實(shí)現(xiàn)視距(物象比)的粗略測(cè)量以縮小相關(guān)算法的搜索范圍，也有儀器則采用面陣光電傳感器通過(guò)測(cè)量標(biāo)尺條碼的橫向長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)視距(物象比)的粗略測(cè)量以縮小相關(guān)算法的搜索范圍。相關(guān)法的精測(cè)原理仍然利用電子中絲和所截獲的碼片段碼元的相位(位置)關(guān)系實(shí)現(xiàn)。對(duì)于這一點(diǎn)，目前還沒(méi)發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)其進(jìn)行了分析和披露。目前文獻(xiàn)所介紹的“粗相關(guān)”“精相關(guān)”概念實(shí)質(zhì)都是介紹的粗測(cè)原理即條碼片段或其碼序的確立過(guò)程，對(duì)其真正的精測(cè)原理即電子中絲和條碼片段之間的位置關(guān)系的確立過(guò)程沒(méi)有涉及。（2）幾何法幾何法的解碼原理區(qū)別于相關(guān)法的地方是通過(guò)載碼的引人減少了標(biāo)尺上黑白條紋寬度的種類，并使得圖像信號(hào)中可以恢復(fù)出載碼的周期波譜，從而實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的碼元坐標(biāo)定位繼而實(shí)現(xiàn)快速的“碼詞”(和相關(guān)法中的條碼片段概念類似)讀取，解決了相關(guān)法的測(cè)量速度慢的問(wèn)題。其所謂的相似二角形空間變換幾何關(guān)系如圖1-4所示，這利用相似二角形空間幾何比例關(guān)系其實(shí)是所有電子水準(zhǔn)原理所共同采用的(包括相關(guān)法、相位法、RAB原理以及葉氏原理也實(shí)質(zhì)都使用了這種望遠(yuǎn)鏡成像的光學(xué)比例關(guān)系)，所有電子水準(zhǔn)原理的精測(cè)過(guò)程實(shí)質(zhì)都是使用了這種幾何關(guān)系。所以我們一直認(rèn)為幾何法的叫法是不妥的。圖1-4 文獻(xiàn)對(duì)幾何法原理的描述示意先看幾何法的相位調(diào)制編碼原理。如圖1-5所示。圖1-5幾何法的相位調(diào)制編碼原理圖中反映了載碼遇0碼元?jiǎng)t反相，遇1碼元?jiǎng)t同相的編碼規(guī)則。可以看出這樣的條碼的寬度種類僅有二種寬度，大的條紋寬度就是碼元的寬度，小的條紋寬度就是半個(gè)碼元的寬度，比相關(guān)法中的16種寬度大大減少，條紋也粗得多，100m距離不可能出現(xiàn)整條紋完全“淹沒(méi)”(至少在理論上)，根據(jù)恢復(fù)出的周期波譜的波長(zhǎng)和相位，碼元成像在CCD上的坐標(biāo)分布定位就清清楚楚，簡(jiǎn)單的一維相關(guān)就可以完成粗測(cè)，物象比由周期值直接求解。但由此帶來(lái)的問(wèn)題是:信息密度稀疏了，很難同時(shí)顧及遠(yuǎn)近距離的測(cè)量要求。因?yàn)榻嚯x時(shí)望遠(yuǎn)鏡成像很大，在光電傳感器上成像的碼元個(gè)數(shù)大大減少，少到一定限度就保證不了解碼的唯一性。但若減少碼元寬度顧及近距離又對(duì)遠(yuǎn)距離的圖像分辨不利。為解決短視距的測(cè)量問(wèn)題，幾何法采用雙相位碼編碼在單相位碼的基礎(chǔ)上加人約定的1mm明暗窄條碼，這種碼只有在近距離時(shí)光電傳感器才可以分辨并參與解碼，在遠(yuǎn)距離時(shí)其在光電傳感器上無(wú)法分辨(淹沒(méi))，不參與解碼。這是幾何法原理的遠(yuǎn)近兼容測(cè)量原理。目前文獻(xiàn)所介紹的幾何法原理其實(shí)只是著重強(qiáng)調(diào)了其精測(cè)原理和精粗銜接過(guò)程，其望遠(yuǎn)鏡成像幾何比例關(guān)系就是說(shuō)明電子中絲和碼元之間的相位位置關(guān)系而對(duì)于其粗測(cè)原理“碼詞”，的獲取這一電子水準(zhǔn)儀的最實(shí)質(zhì)的圖象識(shí)別技術(shù)問(wèn)題則沒(méi)有涉及?？梢钥闯?，相關(guān)法和幾何法的命名角度本身是不一致的，前者是粗測(cè)特征，后者是精測(cè)特征。這樣的命名與分類當(dāng)然是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。?shí)際上，相關(guān)法也利用了望遠(yuǎn)鏡成像幾何位置(相位)關(guān)系實(shí)現(xiàn)精測(cè)，幾何法也可以使用相關(guān)算法(但不是二維相關(guān))實(shí)現(xiàn)粗測(cè)(獲得“碼詞”)。而其區(qū)別僅在于是否利用載碼調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)解碼運(yùn)算量的減少。（3）相位法相位法原理的基本特征是利用標(biāo)尺條碼圖像信號(hào)中的幾個(gè)不同周期碼的波譜的相位差來(lái)實(shí)現(xiàn)粗測(cè)，算法是快速傅里葉變換，其運(yùn)算量也不小。精測(cè)原理利用R周期碼的相位信息實(shí)現(xiàn)。其測(cè)量原理和光電測(cè)距儀的組合頻率測(cè)距法是類似的如圖1-6所示。主要分如下6個(gè)步驟進(jìn)行:分別測(cè)量出電子中絲在標(biāo)尺成像中的A碼、B碼和R碼二種周期信號(hào)中的相位值如、；用、求解出電子中絲在隱含頻率Fc =-中的相位=-；根據(jù)隱含頻率Fc的波長(zhǎng)五:Lc= /(-)和相位求得第一高度粗測(cè)值；根據(jù)A碼(或者B碼)信號(hào)的波長(zhǎng)(或者)和相位(或者)求得第二高度粗測(cè)值(或者)；再根據(jù)R信號(hào)的周期和相位求得高度精測(cè)值；最后依次將,(或者)和逐次精粗銜接就可以獲得精確的高度測(cè)量結(jié)果H了。之所以要使用第二粗測(cè)值，是因?yàn)榈谝淮譁y(cè)值的精度很容易超出精測(cè)R碼的波長(zhǎng)，將第一粗測(cè)值和精測(cè)值直接銜接將容易出現(xiàn)整周期的R碼粗差。圖1-6相位法的編碼解碼原理示意（4）RAB原理RAB原理編碼規(guī)則是載碼碼寬數(shù)字電子，其解碼的突破口是利用相鄰碼元中心等距離特征即圖像信號(hào)中包含有周期波譜，從而通過(guò)周期波譜的測(cè)量實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的碼元坐標(biāo)定位繼而實(shí)現(xiàn)物象比解算、快速粗測(cè)的相關(guān)運(yùn)算等，精測(cè)原理和其他方法仍然類似。如圖1-7所示：RAB原理為解決遠(yuǎn)近視距兼容使用了6種寬度的編碼，且6種碼分為兩組，每組2種寬度的碼元，同組中的2種碼元的寬度差別不大，這種不大的差別在近距離是容易區(qū)別的，在遠(yuǎn)距離時(shí)由于截獲了較大視場(chǎng)的條碼片段，同組中的2種寬度差別不大的碼元按一種碼處理。RAB碼的顯著特點(diǎn)是相鄰暗條紋(或者相鄰明條紋)中心離等于定值。圖1-7 RAB原理的碼寬調(diào)制編碼原理（5）葉氏原理葉氏原理是武漢大學(xué)發(fā)明并實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電子原理，已經(jīng)應(yīng)用于博飛DAL系列和蘇光EL系列電子水準(zhǔn)儀中。其核心思維是以比例碼為載碼，測(cè)量碼調(diào)制寄生在比例碼之中。解碼時(shí)首先通過(guò)條碼圖像信號(hào)中的比例載碼周期波譜的測(cè)量實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的碼元坐標(biāo)定位繼而實(shí)現(xiàn)物象比解算、快速粗測(cè)、精測(cè)。如圖1-8所示圖1-8 葉氏原理的比例調(diào)制編碼原理本原理中條碼區(qū)別于其他原理的顯著特點(diǎn)是相鄰明暗條紋的邊界(或者明暗條紋的邊界)之間的距離等于定值。比較這5種原理可以看出，除前邊提到的粗測(cè)、精測(cè)、精粗銜接這些大體過(guò)程存在相同以外，所有電子水準(zhǔn)原理的精測(cè)原理其實(shí)也是基本相同的，都要涉及電子中絲和所截獲條碼圖像中的某種信息的相位(位置)關(guān)系，都要涉及望遠(yuǎn)鏡成像的三角形幾何比例關(guān)系的應(yīng)用。而不同之處在于粗測(cè)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程(圖象識(shí)別)以及精測(cè)、粗測(cè)都要涉及到的物象比的確立過(guò)程。除相關(guān)法外，相位法、幾何法、RAB原理和葉氏原理都使用和利用了載碼調(diào)制編碼解碼，通過(guò)載碼波譜的使用以實(shí)現(xiàn)快速圖象識(shí)別，也由于相位法的波譜相對(duì)復(fù)雜，必須以傅里葉變換來(lái)解碼，而后3種原理則只需相對(duì)簡(jiǎn)單的算法就可以獲得載碼成像的周期波譜信息。而實(shí)踐應(yīng)用也證實(shí)了后二種原理的實(shí)際測(cè)量速度效果也的確比相位法和相關(guān)法明顯快捷。就三種使用載碼調(diào)制的原理而言，幾何法必須增加細(xì)條紋碼克服近距離時(shí)信息密度過(guò)低的缺陷，RAB原理和葉氏原理只需增加調(diào)制級(jí)數(shù)就可以輕易解決近距離時(shí)信息密度低的問(wèn)題。1.3.2 電子水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)電子水準(zhǔn)儀是以自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ)，在望遠(yuǎn)鏡光路中增加了分光鏡和探測(cè)器(CCD),并采用條碼標(biāo)尺和圖象處理電子系統(tǒng)二構(gòu)成的光機(jī)電測(cè)一體化的高科技產(chǎn)品。采用普通標(biāo)尺時(shí)，又可像一般自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀一樣使用。 它與傳統(tǒng)儀器相比有以下共同特點(diǎn)：（1）讀數(shù)客觀：不存在誤差、誤記問(wèn)題，沒(méi)有人為讀數(shù)誤差。（2）精度高：視線高和視距讀數(shù)都采用大量條碼分劃圖像經(jīng)處理后取平均得出來(lái)的，因此削弱了標(biāo)尺分劃誤差的影響。多數(shù)儀器都有進(jìn)行多次讀數(shù)取平均的功能，可以削弱外界條件影響。不熟練的作業(yè)人員業(yè)也能進(jìn)行高精度測(cè)量。（3）速度快：由于省去了報(bào)數(shù)、聽(tīng)記、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的時(shí)間以及人為出錯(cuò)的重測(cè)數(shù)量，測(cè)量時(shí)間與傳統(tǒng)儀器相比可以節(jié)省1/3左右。（4）效率高：只需調(diào)焦和按鍵就可以自動(dòng)讀數(shù)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。視距還能自動(dòng)記錄，檢核，處理并能輸入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理，可實(shí)線內(nèi)外業(yè)一體化。1.4 電子水準(zhǔn)儀的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（1）數(shù)字水準(zhǔn)儀和傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀的異同：相同點(diǎn)：數(shù)字水準(zhǔn)儀具有與傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀相同的光學(xué)、機(jī)械和補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)；光學(xué)系統(tǒng)也是沿用光學(xué)水準(zhǔn)儀的；既可以用于數(shù)字水準(zhǔn)測(cè)量，也可以用于傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量。不同點(diǎn)：傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀用人眼觀測(cè)，數(shù)字水準(zhǔn)儀用光電傳感器（CCD線針）代替人眼；數(shù)字水準(zhǔn)儀與其相應(yīng)條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺配用。儀器內(nèi)裝有圖像識(shí)別器；采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，這些都是傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀所沒(méi)有的；同一根編碼標(biāo)尺上的條碼寬度不用，各型數(shù)字水準(zhǔn)儀的條碼尺有自己的編碼規(guī)律，但均還有黑白兩種條塊，這與傳統(tǒng)水準(zhǔn)標(biāo)尺不同。另外，對(duì)精密水準(zhǔn)儀而言，傳統(tǒng)的利用測(cè)微器讀數(shù)，而數(shù)字水準(zhǔn)儀沒(méi)有測(cè)微器。（2）當(dāng)今世界上已有電子水準(zhǔn)儀型號(hào)和技術(shù)指標(biāo)：自從徠卡公司在1990年推出第一臺(tái)電子水準(zhǔn)儀NA2000以來(lái)，電子水準(zhǔn)儀己經(jīng)發(fā)展到了第二代，天寶、拓普康、索佳和尼康等都先后推出了自己的產(chǎn)品。目前市場(chǎng)上的電子水準(zhǔn)儀分為不同精度的兩個(gè)等級(jí)(與采用的標(biāo)尺也有關(guān)系)，常用的高精度電子水準(zhǔn)儀及其指標(biāo)見(jiàn)表1-1所示。表1-1常用高精度電子水準(zhǔn)儀及主要技術(shù)指標(biāo)特性指標(biāo)徠卡DNAO3天寶DINI12拓?fù)淇礑L101C索佳SDL30M尼康A(chǔ)P-7高程測(cè)量精度(1公里往返測(cè)中誤差)電子讀數(shù)0.3mm/Km光學(xué)讀數(shù)1.Omm/Km電子讀數(shù)0.3mm/Km光學(xué)讀數(shù)1.Omm/Km電子讀數(shù)0.3mm/Km光學(xué)讀數(shù)1.Omm/Km電子讀數(shù)0.4mm/Km光學(xué)讀數(shù)1.Omm/Km電子讀數(shù)0.8mm/Km測(cè)程范圍銦瓦尺1.8 - 60m玻璃鋼尺1.8 - 110m銦瓦尺1.5 - 100m折疊條碼尺1.5 - 100m銦瓦尺2 - 60m玻璃鋼尺2 - 100m銦瓦尺6 - 100m玻璃鋼尺6 - 100m玻璃鋼尺0.75 - 100m最小顯示0.0lmm0.0lmm0.0lmm0.lmm0.lmm測(cè)量時(shí)間3秒3秒4秒3秒4秒放大倍率24X32X32X32X28X補(bǔ)償范圍1010101010補(bǔ)償精度0.30.20.50.50.5（3）不同電子水準(zhǔn)儀的不同點(diǎn)：由于各廠家的標(biāo)尺編碼規(guī)則不同，電子讀數(shù)的原理也不同，導(dǎo)致不同廠家的產(chǎn)品在技術(shù)指標(biāo)和性能上也有一些差別。下面對(duì)徠卡、天寶和拓普康三個(gè)廠家的精密電子水準(zhǔn)儀加以比較。測(cè)量原理與編碼標(biāo)尺規(guī)則不同:徠卡儀器采用相關(guān)法讀數(shù)，天寶采用幾何法讀數(shù)，拓?fù)淇挡捎孟辔环ㄗx數(shù)。技術(shù)指標(biāo)的差別:各廠家的電子水準(zhǔn)儀由于設(shè)計(jì)思路不同，采用的原理不同，導(dǎo)致在技術(shù)指標(biāo)上存在一些差別，如測(cè)量時(shí)間不同，對(duì)標(biāo)尺條碼截取的范圍不同，計(jì)算方法不同等。性能的差別:由于不同廠家產(chǎn)品的電子讀數(shù)原理不同，從而反映在它們的性能上也存在差別。a)折光差:由于空氣中折射率的梯度的存在，對(duì)視線高的影響。當(dāng)視線靠近地面時(shí)，由于受折光的影響，標(biāo)尺影像將產(chǎn)生形變，導(dǎo)致光電傳感器圖形處理的困難，從而對(duì)電子讀數(shù)產(chǎn)生影響，造成折光差。但由于三種儀器的讀數(shù)原理不同，受折光差的影響大小也不同，天寶儀器受折光差的影響要小于其它兩種儀器。這主要是因?yàn)樘鞂氹娮铀疁?zhǔn)儀在讀數(shù)時(shí)，僅用到中絲上下各15cm的標(biāo)尺截距，并沒(méi)有用的到全視場(chǎng)的條碼，所以當(dāng)視線靠近地面時(shí)，受折光差的影響小，而其它兩種儀器利用視場(chǎng)中的所有條碼，靠近地面的條碼也參加讀數(shù)，而最后的判讀結(jié)果是所有這些條碼的平均值，所以受折光差的影響大。b)紅外光線的影響不同徠卡NA系列電子水準(zhǔn)儀具有“譜靈敏度”，即電子水準(zhǔn)儀的探測(cè)器是利用光線的紅外部分接收和檢測(cè)條碼影像的。因此，在人工光線下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如果紅外光成分較弱時(shí)，會(huì)造成測(cè)量誤差，甚至無(wú)法讀數(shù)。另外，對(duì)標(biāo)尺像的背景色也有一定的要求，當(dāng)標(biāo)尺背景為紅色(如紅色墻等)或接近探測(cè)器的工作色譜時(shí)，則電子讀數(shù)將遇到困難，作業(yè)時(shí)應(yīng)加以注意。而天寶和拓普康的電子水準(zhǔn)儀是利用可見(jiàn)光來(lái)接收和檢測(cè)條碼影像的，所以不受此影響，它們只要求標(biāo)尺要有足夠的照明。c)調(diào)焦對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響不同天寶電子水準(zhǔn)儀的標(biāo)尺每2cm劃分為一個(gè)測(cè)量間距，其中的條碼構(gòu)成一個(gè)碼詞，每個(gè)測(cè)量間距的邊界由黑白過(guò)渡線構(gòu)成，其下邊界到標(biāo)尺底部的高度，可以由該測(cè)量間距中的碼詞判讀出來(lái)，望遠(yuǎn)鏡中絲照準(zhǔn)的那個(gè)碼詞，被判讀出來(lái)后就可得到視線高讀數(shù)。這種讀數(shù)原理對(duì)條碼分劃邊沿的成像質(zhì)量要求高，要求調(diào)焦要清晰，否則對(duì)讀數(shù)將產(chǎn)生較大影響。而徠卡和拓普康的電子水準(zhǔn)儀是利用視場(chǎng)中的每個(gè)條碼的中心線讀數(shù)，因此條碼成像質(zhì)量對(duì)讀數(shù)沒(méi)有多大影響，但是條碼成像模糊時(shí)，儀器會(huì)通過(guò)延長(zhǎng)圖像處理時(shí)間來(lái)獲得讀數(shù)。但是也應(yīng)該注意，雖然通常調(diào)焦波動(dòng)，對(duì)測(cè)量結(jié)果只產(chǎn)生微不足道的影響，但若是大量測(cè)量都是這樣，就會(huì)影響最后的測(cè)量精度。因此要獲得最佳的測(cè)量精度，每站的儀器調(diào)焦質(zhì)量也很重要。d)對(duì)標(biāo)尺遮擋的容許幅度不同在水準(zhǔn)測(cè)量中，標(biāo)尺不同部位常遭樹(shù)枝、雜草等障礙物遮擋，在山地或公路旁作業(yè)時(shí)更是如此。各廠家的電子水準(zhǔn)儀在設(shè)計(jì)時(shí)也考慮到了這一點(diǎn)，因此在儀器出廠時(shí)都給出了此項(xiàng)性能指標(biāo)。由于電子水準(zhǔn)儀的讀數(shù)并不是采用編碼標(biāo)尺上的某一處條碼刻劃，而是對(duì)視場(chǎng)中標(biāo)尺截距編碼的平均值，因此允許標(biāo)尺部分遮擋。只是不同廠家的儀器由于讀數(shù)原理和采用的條碼范圍不同，對(duì)標(biāo)尺遮擋的容許幅度也不同。天寶的電子水準(zhǔn)儀是利用對(duì)稱于視準(zhǔn)軸上下各15cm的標(biāo)尺編碼來(lái)讀數(shù)，即使視場(chǎng)中有多余的標(biāo)尺編碼，也不參與讀數(shù)，這部分標(biāo)尺被遮擋不影響測(cè)量值，若視距位于最小視距和幾米之間時(shí)(視場(chǎng)角是一定的)，落在視場(chǎng)里的編碼尺段只要有10cm就能觀測(cè)。同時(shí)，天寶的電子水準(zhǔn)儀具有標(biāo)尺非對(duì)稱截距測(cè)量功能。但是，這類儀器的中絲附近條碼不允許遮擋。對(duì)于徠卡和拓普康的儀器，是利用視場(chǎng)中的所有條碼來(lái)進(jìn)行讀數(shù)。當(dāng)視距大于5m時(shí)，徠卡電子水準(zhǔn)儀對(duì)遮擋的容許幅度一般為20%-30%，當(dāng)視距小于5m時(shí)，標(biāo)尺稍有遮擋可能就無(wú)法讀數(shù)，而對(duì)中絲是否遮擋沒(méi)有特殊要求。（4）電子水準(zhǔn)儀有廣闊的應(yīng)用前景,主要有：高精度水準(zhǔn)測(cè)量：NA3003被美國(guó)聯(lián)邦大地控制協(xié)會(huì)指定用作一等水準(zhǔn)測(cè)量，其他如DL-101、DiNi-10均可用于一、二等水準(zhǔn)測(cè)量，可提高作業(yè)效率30%-50%。變形觀測(cè)：建筑物沉降觀測(cè)（將馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器附在電子水準(zhǔn)儀上，為建筑物的沉降、隆起和垂直位移的自動(dòng)監(jiān)測(cè)開(kāi)辟了新的途徑）；大壩垂直變形觀測(cè)。工業(yè)測(cè)量：機(jī)器、地基軸傾、轉(zhuǎn)臺(tái)精密測(cè)量。連續(xù)精密測(cè)量：與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，實(shí)時(shí)、自動(dòng)連續(xù)測(cè)量。地形測(cè)量：圖根導(dǎo)線點(diǎn)、碎步點(diǎn)測(cè)量。線路測(cè)量：公路、鐵路、河道、隧道等縱、橫斷面測(cè)量。建筑施工：放樣、抄平。（5）電子水準(zhǔn)儀今后的發(fā)展方向：電子水準(zhǔn)儀是一種功能很強(qiáng)的測(cè)量系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量速度比光學(xué)水準(zhǔn)儀提高50%-60%，易于實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化，所以肯定是幾何水準(zhǔn)測(cè)量繼續(xù)發(fā)展的方向。今后電子水準(zhǔn)儀將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善：改善補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)與安平精度；數(shù)字水準(zhǔn)儀之所以能成功，主要是依賴于CCD技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，因?yàn)榻窈箅娮铀疁?zhǔn)儀將隨著CCD技術(shù)和數(shù)字圖像技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展；改進(jìn)測(cè)量程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件；增強(qiáng)儀器適應(yīng)環(huán)境的能力；使機(jī)內(nèi)系統(tǒng)邏輯增加對(duì)其他一些干擾，如亮度變化、補(bǔ)償器應(yīng)力釋放、傳感器時(shí)性改變等的改正。第二章 建筑變形觀測(cè)2.1建筑變形觀測(cè)2.1.1 建筑變形觀測(cè)概述建筑物在工程建設(shè)和使用過(guò)程中，由于基礎(chǔ)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不均勻，土壤的物理性質(zhì)不同，土基的塑性變形，地下水位的變化，大氣溫度的變化，建筑物本身的荷重（如風(fēng)力，震動(dòng)等）的作用，會(huì)導(dǎo)致工程建筑物隨時(shí)間的推移發(fā)生沉降，位移，擾曲，傾斜及裂縫等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為變形。工程建筑物的變形，按其類型可以分為：靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形。靜態(tài)變形通常是指變形觀測(cè)的結(jié)果只表示在某一時(shí)期內(nèi)的變形值，也就是說(shuō)，它只是時(shí)間的函數(shù)；動(dòng)態(tài)變形是指在外力影響下而產(chǎn)生的變形，故它是以外力為函數(shù)來(lái)表示的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間的變化，其觀測(cè)結(jié)果是表示建筑物在某一時(shí)刻的瞬時(shí)變形。變形按時(shí)間長(zhǎng)短可分為：長(zhǎng)周期變形（建筑物自重引起的沉降和變形），短周期變形（溫度變化引起的變形）。按研究的范圍可以分為：全局性變形，區(qū)域性變形，局域性變形。按成因可以分為：人工干預(yù)變形，自然原因變形，綜合原因變形。所謂變形觀測(cè)，是用測(cè)量?jī)x器或者專用儀器測(cè)定建筑物及地基建筑物在荷載和外力作用下隨時(shí)間變形的工作。通過(guò)變形觀測(cè)，可以檢查、各種工程建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，確保質(zhì)量和使用安全；更好的了解變形的機(jī)理，驗(yàn)證有關(guān)工程設(shè)計(jì)的理論和地殼運(yùn)動(dòng)的假說(shuō)，建立正確的預(yù)報(bào)變形的理論和方法。2.1.2 建筑變形觀測(cè)的分類變形觀測(cè)屬于安全監(jiān)測(cè)。變形觀測(cè)有內(nèi)部觀測(cè)和外部觀測(cè)兩方面。內(nèi)部觀測(cè)內(nèi)容由建筑物的內(nèi)部應(yīng)力，溫度變化的測(cè)量，動(dòng)力特征及其速度的測(cè)定等，一般不由測(cè)量工作者完成。內(nèi)部觀測(cè)與外部觀測(cè)之間有著密切的聯(lián)系，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，以便互相驗(yàn)證和補(bǔ)充。外部觀測(cè)的內(nèi)容主要有沉降觀測(cè)、位移觀測(cè)、傾斜觀測(cè)、裂縫觀測(cè)和擾度觀測(cè)等。（1）沉降觀測(cè)它是指建筑物及其基礎(chǔ)在垂直方向上的變形(也稱垂直位移)。沉降觀測(cè)就是測(cè)定建筑物上所設(shè)觀測(cè)點(diǎn)(沉降點(diǎn))與基準(zhǔn)點(diǎn)(水準(zhǔn)點(diǎn))之間隨時(shí)間的變化的高差變化量。通常采用精密水準(zhǔn)測(cè)量或液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量的方法進(jìn)行。（2）水平位移觀測(cè)它是指建筑物在水平面內(nèi)的變形,其表現(xiàn)形式為在不同時(shí)期平面坐標(biāo)或距離的變化。建筑物水平位移觀測(cè)是測(cè)定建筑物在平面位置上隨時(shí)間變化的移動(dòng)量。 測(cè)定水平位移的方法很多,有常規(guī)的地面控制測(cè)量方法，如導(dǎo)線，前方交會(huì)法等；也有各專用方法，如基準(zhǔn)線法，正、倒垂線法等。（3）傾斜位移觀測(cè)它是指建筑物因?yàn)榈鼗牟痪鶆虺两祷蚱渌蛟斐傻?。建筑物傾斜位移分為兩類：一類表現(xiàn)為以不均勻的水平位移為主；另一類則表現(xiàn)為以不均勻的沉降為主。傾斜觀測(cè)是用經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀或其他專用儀器測(cè)量建筑物的傾斜隨時(shí)間變化的工作。對(duì)于上述兩種傾斜一般采用不同的觀測(cè)方法，前者可采用先測(cè)出水平位移然后計(jì)算傾斜的方法，即所謂的“直接法”；后者可通過(guò)測(cè)量建筑物基礎(chǔ)相對(duì)沉降的方法進(jìn)行測(cè)定，即先測(cè)出沉降后計(jì)算傾斜的方法，也就是所謂的“間接法”。（4）裂縫觀測(cè)它是指建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降，溫度的變化和外界各種荷載的作用，使得建筑物內(nèi)部的應(yīng)力大大超過(guò)了允許的限度，使得建筑物的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。測(cè)定建筑物裂縫發(fā)展情況的觀測(cè)工作即為裂縫觀測(cè)。（5）擾度觀測(cè)在建筑物垂直面上，各個(gè)不同高程點(diǎn)相對(duì)于底點(diǎn)不同的水平位移，稱為擾度。所進(jìn)行的觀測(cè)稱為擾度觀測(cè)。2.1.3 建筑變形觀測(cè)的特點(diǎn)與一般的測(cè)量工作相比，變形觀測(cè)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）觀測(cè)的精度要求高由于變形觀測(cè)的結(jié)果直接關(guān)系到建筑物的安全，影響對(duì)變形原因的分析和變形規(guī)律的正確分析，和其他測(cè)量工作相比較，變形觀測(cè)必須具有很高的精度。典型的變形觀測(cè)精度要求是1mm或者相對(duì)精度110-6。因此，根據(jù)變形觀測(cè)的目的不同，確定合理的觀測(cè)精度和觀測(cè)方法，優(yōu)化觀測(cè)方案，選擇測(cè)量?jī)x器是實(shí)施變形觀測(cè)的前提。（2）需要重復(fù)觀測(cè)建筑物由于各種原因產(chǎn)生的變形都有時(shí)間效應(yīng)，計(jì)算其變形最簡(jiǎn)單，最基本的方法是計(jì)算建筑物上同一點(diǎn)在不同時(shí)間的坐標(biāo)差和高程差。這就要求變形觀測(cè)必須依一定的時(shí)間周期重復(fù)觀測(cè)，時(shí)間跨度較大。重復(fù)觀測(cè)的周期取決于變形觀測(cè)的目的，預(yù)計(jì)的變形量的大小和速度。（3）要求采用嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理方法建筑物的變形一般都比較小，有時(shí)甚至與觀測(cè)精度處在同一個(gè)數(shù)量級(jí)；同時(shí)，大量重復(fù)觀測(cè)使原始數(shù)據(jù)增多。要求從不同時(shí)期的大量數(shù)據(jù)中，精確確定變形信息，必須采用嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理方法。2.1.4 建筑變形觀測(cè)的基本方法第一類:常規(guī)大地測(cè)量方法,包括幾何水準(zhǔn)測(cè)量,三角高程測(cè)量,三角(邊)測(cè)量,導(dǎo)線測(cè)量,交會(huì)法等。這類方法的測(cè)量精度高,應(yīng)用靈活,適用于不同變形體和不同的工作環(huán)境,但野外工作量大,不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和連續(xù)監(jiān)測(cè)。第二類:攝影測(cè)量方法:包括近景攝影測(cè)量.它可以同時(shí)測(cè)量許多點(diǎn)子,作大面積的復(fù)測(cè),尤其適用于動(dòng)態(tài)式的變形觀測(cè),外業(yè)簡(jiǎn)單且精度較底。第三類:專門(mén)測(cè)量方法,或稱物理儀器法,包括各種準(zhǔn)直測(cè)量(激光準(zhǔn)直系統(tǒng)具有代表性),傾斜儀觀測(cè),流體靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)及應(yīng)變計(jì)測(cè)量。用專門(mén)測(cè)量手段的最大特點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及遙測(cè),且相對(duì)精度高,但測(cè)量范圍不大,提供的是局部變形的信息。第四類:空間測(cè)量技術(shù):包括甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI),衛(wèi)星激光測(cè)距,全球定位系統(tǒng)(GPS)等。空間測(cè)量技術(shù)先進(jìn),可以提供大范圍的變形信息,是研究地殼變形及地表下沉等全球性變形的主要手段。工程建筑物變形觀測(cè)的基本方法,要根據(jù)建筑物的變形性質(zhì),使用情況,觀測(cè)精度,周?chē)沫h(huán)境以及對(duì)觀測(cè)的要求來(lái)選定。在實(shí)際變形觀測(cè)方案時(shí)應(yīng)綜合考慮各種測(cè)量方法的應(yīng)用,互相取長(zhǎng)補(bǔ)短。2.2 變形觀測(cè)的重要意義大型水工建筑物、工業(yè)與交通建筑物、高大建筑物群體和許多精密機(jī)械的安裝、導(dǎo)軌以及尖端科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備由于自然條件的影響與變化，例如，建筑物地基的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、土壤的物理性質(zhì)、大氣溫度的影響與變化，會(huì)引起建筑物的變形。另一種是建筑物本身的荷重。及建筑物的結(jié)構(gòu)、型式、風(fēng)力、地震等動(dòng)荷載的作用，雖然在設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)中采取了措施，但不可能盡善盡美，因此，還會(huì)引起建筑物的變形。如果這些變形在一定限度之內(nèi)，認(rèn)為是正常的現(xiàn)象；如果超過(guò)了限差，就會(huì)影響建筑物的正常使用，嚴(yán)重的會(huì)使建筑物傾斜甚至倒塌。因此，在建筑物施工過(guò)程和運(yùn)營(yíng)期間，都需要對(duì)它們進(jìn)行變形觀測(cè)，確保工程建筑物的穩(wěn)定性，為安全運(yùn)行診斷提供必要的信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施。在科學(xué)上，變形觀測(cè)可以幫助我們更好地理解變形的機(jī)理，驗(yàn)證有關(guān)設(shè)計(jì)的理論和地殼運(yùn)動(dòng)的假說(shuō)，進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)以及建立有效的預(yù)報(bào)模型。第三章 電子水準(zhǔn)儀的觀測(cè)方法3.1 DiNi 12電子水準(zhǔn)儀的簡(jiǎn)介（1）DiNi 12電子水準(zhǔn)儀的基本圖示：由于我們學(xué)校以及本論文中測(cè)量數(shù)據(jù)所采用的電子水準(zhǔn)儀均為天寶DINI-12型電子水準(zhǔn)儀，故重點(diǎn)介紹DINI12電子水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)及使用方法，其基本圖示如圖3-1所示：圖 3-1 DiNi 12型電子水準(zhǔn)儀圖示（2）DiNi 12電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行沉降觀測(cè)的使用方法:儀器參數(shù)設(shè)置：使用儀器前需對(duì)儀器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要是如下幾項(xiàng), 以下各值為按一級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量等級(jí)設(shè)定:a)Height Unit:測(cè)量的高程的單位和記錄到內(nèi)存的單位,m;b) Display resolution: 最小顯示單位,0.00001m;c) Max dist:輸入最大測(cè)量距離, 當(dāng)測(cè)量的距離超過(guò)此距離時(shí)會(huì)警告用戶,30m;d) Minsight:輸入最小視線高度0.30m;e) Max dif:輸入在線路測(cè)量中的一測(cè)站最大偏差,0.00030m。建立新工程項(xiàng)目：按屏幕右側(cè)EDIT 鍵, 然后按PRJ, 選擇NEWPROJECT, 輸入項(xiàng)目名稱。開(kāi)始線路測(cè)量：按下在線路測(cè)量Line屏幕下的箭頭所指的按鍵, 按下新建路線NewLine, 輸入路線號(hào), 選擇測(cè)量模式(BFFB) ,輸入后視點(diǎn)高程、點(diǎn)號(hào)、代碼,然后就可以開(kāi)始測(cè)量。中斷和結(jié)束測(cè)量：當(dāng)前視觀測(cè)結(jié)束后, 就可以換站了, 可以把水準(zhǔn)儀關(guān)閉后再換站, 當(dāng)打開(kāi)儀器后可以直接就進(jìn)入剛才所在的地方, 并且可以繼續(xù)進(jìn)行水準(zhǔn)路線測(cè)量。當(dāng)觀測(cè)結(jié)束并且已經(jīng)觀測(cè)了最后的閉合點(diǎn),可以按下測(cè)段結(jié)束鍵Lend結(jié)束測(cè)量, 同時(shí)輸入結(jié)束點(diǎn)高程、點(diǎn)號(hào)、代碼, 此時(shí)儀器將顯示出起始點(diǎn)和終點(diǎn)的高程之差,前后視距和等信息。(3)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的下載與處理：DiNi 12電子水準(zhǔn)儀有兩種數(shù)據(jù)下載方式, 從PCMCIA卡中下載數(shù)據(jù)和從RS232串口下載數(shù)據(jù)。第一次從PCMCIA卡中下載數(shù)據(jù)時(shí)需先安裝PCMCIA卡的驅(qū)動(dòng)程序, 然后就可以直接從PCMCIA卡復(fù)制文件到計(jì)算機(jī)中。從RS232串口下載數(shù)據(jù)時(shí)需先進(jìn)行通訊設(shè)置使儀器與計(jì)算機(jī)中通訊參數(shù)設(shè)置一致,下載數(shù)據(jù)可以使用一些商業(yè)軟件如恒華一點(diǎn)通HDLink軟件, TGO等, 還可以使用Windows自帶的超級(jí)終端來(lái)傳輸。對(duì)于數(shù)據(jù)平差一般用儀器本身平差程序即可,按MENU鍵,選擇LINEADJUSTMENT。平差之前要先把原始測(cè)量數(shù)據(jù)下載至計(jì)算機(jī),平差之后原始測(cè)量數(shù)據(jù)將被平差后數(shù)據(jù)覆蓋。數(shù)據(jù)下載至計(jì)算機(jī)后可以直接導(dǎo)入到Excel 電子表格中, 導(dǎo)入時(shí)選擇按固定寬度分隔, 然后按高程及點(diǎn)號(hào)排序, 這樣可以把所測(cè)沉降點(diǎn)高程放在一起, 復(fù)制到沉降觀測(cè)計(jì)錄表中, 計(jì)算本次沉降及累計(jì)沉降值并繪制沉降曲線圖、分析沉降情況。3.2 電子水準(zhǔn)儀的觀測(cè)方法（1）限差設(shè)置:在測(cè)量前我們應(yīng)該對(duì)儀器的限差進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)規(guī)范以及測(cè)量等級(jí)來(lái)定應(yīng)對(duì)測(cè)站最大視距；標(biāo)尺最大讀數(shù)；標(biāo)尺最小讀數(shù)；最大限差（一個(gè)測(cè)站）；最大距離限差（單站視距差及累積視距差）。（2）測(cè)量模式:后前前后、后后前前、后前。給定測(cè)量限差值，儀器可自動(dòng)判斷測(cè)量限差，超限時(shí)提示重測(cè)，能自動(dòng)計(jì)算線路閉合差等。（3）測(cè)量方法:儀器及配套水準(zhǔn)尺均應(yīng)在有效檢定期內(nèi)。水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺在使用前及使用過(guò)程中，經(jīng)常規(guī)檢校合格，水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸的夾角均不超過(guò)15。儀器各種設(shè)置正確，其中有限差要求的項(xiàng)目按規(guī)范要求在儀器中進(jìn)行設(shè)置，并在數(shù)據(jù)采集時(shí)自動(dòng)控制，不滿足要求的應(yīng)根據(jù)儀器的提示進(jìn)行重測(cè)。觀測(cè)時(shí)，一般按后-前-前-后的順序進(jìn)行，對(duì)于有變換奇偶站功能的電子水準(zhǔn)儀，按以下順序進(jìn)行：a)往測(cè)：奇數(shù)站為后-前-前-后偶數(shù)站為前-后-后-前b)返測(cè)：奇數(shù)站為前-后-后-前偶數(shù)站為后-前-前-后每一測(cè)段必須為偶數(shù)站結(jié)束。觀測(cè)前30min，將儀器置于露天陰影處，使儀器與外界氣溫趨于一致，并進(jìn)行儀器預(yù)熱。測(cè)量中避免望遠(yuǎn)鏡直接對(duì)著太陽(yáng)；盡量避免視線被遮擋，要求遮擋不不超過(guò)標(biāo)尺在望遠(yuǎn)鏡中截長(zhǎng)的20；觀測(cè)時(shí)用測(cè)傘遮蔽陽(yáng)光，儀器需裝遮光罩。自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的圓水準(zhǔn)器，嚴(yán)格置平。在連續(xù)各測(cè)站上安置水準(zhǔn)儀時(shí)，使其中兩腳螺旋與水準(zhǔn)路線方向平行，第三腳螺旋輪換置于路線方向的左側(cè)與右側(cè)。除路線拐彎處外，每一測(cè)站上儀器與前后視標(biāo)尺的三個(gè)位置，一般為接近一條直線。觀測(cè)過(guò)程中為保證水準(zhǔn)尺的穩(wěn)定性，選用的尺墊重2.5kg，水準(zhǔn)觀測(cè)路線必須路面硬實(shí)，觀測(cè)過(guò)程中尺墊踩實(shí)以避免尺墊下沉。同時(shí)觀測(cè)過(guò)程中避免儀器安置震動(dòng)的地方，如果臨時(shí)有震動(dòng)，確認(rèn)震動(dòng)源造成的震動(dòng)消失后，再激發(fā)測(cè)量鍵。水準(zhǔn)尺均借助尺撐整平扶直，使標(biāo)尺上的氣泡居中，確保水準(zhǔn)尺垂直。數(shù)據(jù)處理時(shí)，閉合差、中誤差等均滿足要求后進(jìn)行平差計(jì)算，水準(zhǔn)路線可以用手工平差（簡(jiǎn)易平差）以及軟件平差（嚴(yán)密平差）。第四章 電子水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正4.1 電子水準(zhǔn)儀的誤差電子水準(zhǔn)儀依據(jù)圖像識(shí)別的原理，將編碼尺的圖像信息與己存貯的參考信息進(jìn)行比較，從而獲得高程信息。它的測(cè)量速度快，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化，代表了水準(zhǔn)儀的發(fā)展方向。電子水準(zhǔn)儀基于自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，因此，在傳統(tǒng)的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀上存在的誤差，在電子水準(zhǔn)儀上仍然存在。電子水準(zhǔn)儀獲取的是編碼尺多條編碼的信息，其結(jié)果取平均效應(yīng)，其檢驗(yàn)方法與光學(xué)水準(zhǔn)儀有所差別。在一般情況下，光學(xué)水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)是將儀器和標(biāo)尺分開(kāi)進(jìn)行的，電子水準(zhǔn)儀則應(yīng)當(dāng)與其配套的水準(zhǔn)標(biāo)尺一起進(jìn)行檢驗(yàn)。電子水準(zhǔn)儀的誤差主要有一下三個(gè)方面：（1）與主機(jī)有關(guān)的誤差：圓水準(zhǔn)器位置不正確圓水準(zhǔn)器位置不正確可引起水準(zhǔn)儀豎軸傾斜，形成“水平面傾斜”誤差。各廠商的產(chǎn)品，只在儀器上配置了圓水準(zhǔn)器和電子水準(zhǔn)器(沒(méi)有長(zhǎng)水準(zhǔn)器)，同時(shí)增加了補(bǔ)償器的補(bǔ)償范圍(10-15)，只要圓水準(zhǔn)器居中，補(bǔ)償器就可以工作，而無(wú)需用電子水準(zhǔn)器來(lái)精密調(diào)平儀器，這樣旨在提高測(cè)量速度。目前各廠家電子水準(zhǔn)儀上安裝有靈敏度為8/2mm(索佳、蔡司、徠卡)或10/2mm(拓普康)的圓水準(zhǔn)器，長(zhǎng)時(shí)間的使用、運(yùn)輸或溫度變化，都會(huì)使氣泡偏離其正確位置而產(chǎn)生漂移，致使儀器豎軸傾斜，無(wú)法建立正確的水平視線。偏移量較大時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償器無(wú)法工作。補(bǔ)償器誤差 電子水準(zhǔn)儀的補(bǔ)償器與光學(xué)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的補(bǔ)償器，都屬于交叉吊帶重力擺補(bǔ)償器，其表現(xiàn)特性也基本一致，基本能夠滿足精密水準(zhǔn)測(cè)量的要求。但是，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、溫度變化和長(zhǎng)時(shí)間的使用使其內(nèi)應(yīng)力變化，其補(bǔ)償性能差異也較大。補(bǔ)償器誤差分為補(bǔ)償器安置誤差和補(bǔ)償器滯后誤差。前者反映補(bǔ)償器建立水平視線的重復(fù)精度，通常作為儀器出廠的重要技術(shù)指標(biāo)。后者指補(bǔ)償器的平衡位置和靜止位置之差。視準(zhǔn)軸誤差(i角誤差)在電子水準(zhǔn)儀上，i角誤差分為光學(xué)i角誤差和電了i角誤差。由于環(huán)境溫度、機(jī)械振動(dòng)(如儀器搬站等)、望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦和磁場(chǎng)(包括地球磁場(chǎng)和外部電磁場(chǎng))會(huì)引起i角變化。因此i角誤差通常指環(huán)鏡溫度為20oC，在日標(biāo)無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)儀器視準(zhǔn)軸與水平面間的夾角。電子水準(zhǔn)儀在電子讀數(shù)時(shí)，是以CCD器件上認(rèn)定的中點(diǎn)附近的這個(gè)像素為參考基準(zhǔn)的，改正電i角，或說(shuō)電子視準(zhǔn)軸。各廠家的儀器中內(nèi)置的i角自檢程序，就是用軟件改變認(rèn)定的這個(gè)參考像素的位置，通過(guò)儀器內(nèi)置軟件計(jì)算出電i角的值，該值已存儲(chǔ)到儀器中，并自動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正。但是，還存在電子i角的殘余誤差，影響電子水準(zhǔn)儀測(cè)量結(jié)果的，正是這部分誤差。補(bǔ)償誤差由于補(bǔ)償器性能不完善導(dǎo)致的儀器視準(zhǔn)軸傾斜，會(huì)對(duì)前后觀測(cè)帶來(lái)“水平面傾斜”誤差。高程誤差其它原因?qū)е碌摹八矫鎯A斜”誤差望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦誤差當(dāng)觀測(cè)前后視距不等時(shí)，望遠(yuǎn)鏡在旋進(jìn)或旋出的過(guò)程中，引起視準(zhǔn)軸的位置發(fā)生變化，從而給觀測(cè)值帶來(lái)影響。它是反映電子水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡性能好壞的一項(xiàng)指標(biāo)。（2）與條碼尺有關(guān)的誤差：尺底面缺陷尺底面缺陷包括零點(diǎn)誤差、尺底面不平和尺底面與尺的軸線不垂直等。水準(zhǔn)尺缺陷水準(zhǔn)尺缺陷主要有水準(zhǔn)尺上的圓水準(zhǔn)器不正確、銦瓦鋼帶的拉力不正確、水準(zhǔn)尺的比例誤差(包括比例誤差和比例誤差的變化)、溫度膨脹和尺彎曲和扭曲等。其中圓水準(zhǔn)器不正確將引起水準(zhǔn)尺的傾斜，導(dǎo)致較大系統(tǒng)誤差。水準(zhǔn)尺分劃誤差包括標(biāo)尺條碼線的編碼分劃誤差和有缺陷的條碼線引起的分劃誤差。電子水準(zhǔn)儀不同于光學(xué)水準(zhǔn)儀，觀測(cè)中測(cè)量的不是標(biāo)尺上的單個(gè)分劃，標(biāo)尺分劃誤差對(duì)觀測(cè)讀數(shù)的影響是成像在CCD探測(cè)器上的所有分劃線的分劃誤差的平均值，加上當(dāng)前先進(jìn)的制造加工工藝和過(guò)程確保了標(biāo)尺編碼分劃線的誤差很小，因此標(biāo)尺分劃誤差對(duì)電子水準(zhǔn)儀測(cè)量的影響遠(yuǎn)比光學(xué)水準(zhǔn)儀小的多。實(shí)際測(cè)量中，觀測(cè)視距不能過(guò)長(zhǎng)(標(biāo)尺上所有分劃誤差都帶入觀測(cè)值中)，另外視準(zhǔn)線避免過(guò)高或過(guò)低。 其它包括普通水準(zhǔn)尺的聯(lián)接誤差和因潮濕引起的膨脹。（3）與條碼尺光電讀數(shù)有關(guān)的誤差:最小讀數(shù)及其進(jìn)位誤差讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差由測(cè)量信號(hào)遮擋、測(cè)尺照度不均勻、視線位于頂部或底部、調(diào)焦位置不正確、震動(dòng)等外界因素和周期誤差(包括周期誤差隨視距變化)等內(nèi)在因素引起。國(guó)外對(duì)電子水準(zhǔn)儀的研究結(jié)果表明，有些儀器讀數(shù)存在周期誤差，如Wild NA2000在視距15 m處存在峰值為0.7 mm,波長(zhǎng)為2 mm的周期誤差。內(nèi)符合精度通常情況下，儀器的內(nèi)符合精度與視距、震動(dòng)、光強(qiáng)、對(duì)比度、調(diào)焦和氣象條件等因素直接相關(guān)。從上述分析可以看出，電子水準(zhǔn)儀的誤差構(gòu)成較為復(fù)雜。對(duì)普通用戶而言，只需檢定主要項(xiàng)目。常規(guī)檢定可以參照現(xiàn)行光學(xué)水準(zhǔn)儀的檢定方法進(jìn)行。但對(duì)儀器i角和綜合精度的檢定則須采用專門(mén)的方法。4.2 電子水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正4.2.1電子水準(zhǔn)儀常規(guī)檢驗(yàn)與校正通過(guò)前面對(duì)電子水準(zhǔn)儀的原理及誤差的分析，可以看出:影響電子水準(zhǔn)儀測(cè)量精度的誤差源比較多，既有繼承自光學(xué)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的誤差源，又包含了由于光電技術(shù)的使用帶來(lái)的新的誤差源。有些誤差的影響，