羅維揚(yáng)　劉少靖

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，測(cè)繪行業(yè)也隨之發(fā)生了翻天覆地的變化。從一維、二維到三維乃至四維，從點(diǎn)信息到面信息獲取，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從后處理到實(shí)時(shí)處理，從人眼到機(jī)器人自動(dòng)尋求目標(biāo)觀測(cè)。電子水準(zhǔn)儀的出現(xiàn)，是傳統(tǒng)幾何水準(zhǔn)測(cè)量的突破，實(shí)現(xiàn)了水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)記錄的全程自動(dòng)化，方便了內(nèi)外業(yè)一體化，具有測(cè)量速度快、操作簡(jiǎn)便、讀數(shù)客觀、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電子水準(zhǔn)儀；沉降觀測(cè)；工程測(cè)量

中圖分類號(hào)：TU196 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）29-0055-02

1 電子水準(zhǔn)儀研究意義

電子水準(zhǔn)儀在現(xiàn)階段幾何水準(zhǔn)測(cè)量中應(yīng)用廣泛，尤其是精密工程、建筑物的沉降變形觀測(cè)、橋梁工程沉降觀測(cè)、地鐵隧道沉降觀測(cè)甚至是煤礦沉降觀測(cè)中都起著重要作用。所以必須要對(duì)電子水準(zhǔn)儀的基本工作原理、使用方法、設(shè)備的特點(diǎn)以及使用過程中需要注意的問題進(jìn)行分析和研究，且對(duì)電子水準(zhǔn)儀的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)分析，才能為以后電子水準(zhǔn)儀在更多領(lǐng)域開展應(yīng)用提供理論依據(jù)。

2 電子水準(zhǔn)儀概述

2.1 電子水準(zhǔn)儀的墓本原理

數(shù)字水準(zhǔn)儀測(cè)量原理，如圖1所示。

電子水準(zhǔn)儀由條碼尺和主機(jī)兩部分構(gòu)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(guī)則進(jìn)行有序排列而成，這些黑白條碼的不同排列方法就構(gòu)成了目前各數(shù)字水準(zhǔn)儀生產(chǎn)廠家編碼標(biāo)尺自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心。電子水準(zhǔn)儀主要是由自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ)，基本構(gòu)造由光學(xué)機(jī)械部分、自動(dòng)安平補(bǔ)償裝置和電子設(shè)備組成。

水準(zhǔn)儀內(nèi)裝CCD光電傳感器和圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。編碼標(biāo)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(zhǔn)及調(diào)焦后，標(biāo)尺條碼一方面被成像在望遠(yuǎn)鏡分劃板上，供目視觀測(cè)，另一方面經(jīng)過分光鏡的反射又被成像在CCD器件上，隨后轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)整形后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（A/D），從而輸出數(shù)字信號(hào)送入微處理器進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，并將其與內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)碼（參考信號(hào)）按一定的方式進(jìn)行比較，即可獲得編碼標(biāo)尺的高程讀數(shù)。

在使用電子水準(zhǔn)儀時(shí)必須要通過目視進(jìn)行電子水準(zhǔn)儀的照準(zhǔn)標(biāo)尺，然后進(jìn)行人工調(diào)焦。完成以上步驟后在標(biāo)尺條碼望遠(yuǎn)鏡分化板上就會(huì)出現(xiàn)標(biāo)尺條碼，可以進(jìn)行人工觀測(cè)；如果利用電子水準(zhǔn)儀的光電傳感器也可以進(jìn)行測(cè)量，會(huì)在分光鏡出現(xiàn)標(biāo)尺條碼進(jìn)行電子讀數(shù)。但電子水準(zhǔn)儀如今生產(chǎn)的廠家眾多，型號(hào)和品牌也不盡統(tǒng)一，所以往往由于不同廠家生產(chǎn)的電子水準(zhǔn)儀條碼圖案和標(biāo)尺編碼不一樣就無法通用。當(dāng)然電子水準(zhǔn)儀也具備普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的功能，可以當(dāng)做普通水準(zhǔn)儀使用，由于電子水準(zhǔn)儀并不配備光學(xué)測(cè)微器，測(cè)量精度低于電子測(cè)量的精度。

2.2 電子水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)

電子水準(zhǔn)儀與傳統(tǒng)光學(xué)儀器比較，它有以下特點(diǎn)。

2.2.1 客觀

由于電子水準(zhǔn)儀通過自動(dòng)化的電子傳感器進(jìn)行測(cè)量，所以就測(cè)量本身而言不會(huì)受到人為因素的干擾，且數(shù)字化的數(shù)據(jù)顯示和儲(chǔ)存，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺漏、錯(cuò)誤等問題，所以測(cè)量結(jié)果客觀。

2.2.2 精度高

電子水準(zhǔn)儀利用圖像處理技術(shù)自動(dòng)識(shí)別讀數(shù)，免除了觀測(cè)員人工讀數(shù)誤差的影響。觀測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)采取全截?cái)啾葘?duì)，對(duì)圖形影像所有分劃取平均值，視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖像經(jīng)處理后取平均得出來的，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。

2.2.3 高 效

傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量工作中往往由于需要報(bào)數(shù)、聽計(jì)、計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)分析，所以需要大量的時(shí)間，并且由于人工測(cè)量誤差較大，一旦超出誤差范圍需要重測(cè)更是浪費(fèi)大量時(shí)間。而電子水準(zhǔn)儀不需要人工進(jìn)行計(jì)數(shù)，所有的測(cè)量數(shù)據(jù)，記錄儲(chǔ)存功能設(shè)備自身都能完成，大大減輕了人工的負(fù)擔(dān)和人為影響因素；測(cè)量結(jié)束后還能直接將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，更加便捷的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，至少節(jié)約時(shí)間40%以上。

3 電子水準(zhǔn)儀在沉降觀測(cè)中的應(yīng)用分析

3.1 電子水準(zhǔn)儀在建筑物沉降觀測(cè)中應(yīng)用

電子水準(zhǔn)儀在建筑物沉降觀測(cè)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。通常情況下在距離建筑物沉降區(qū)較遠(yuǎn)的穩(wěn)定區(qū)選定垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，一般盡量控制在3～5個(gè)點(diǎn)；而后在建筑物的正反面基柱上布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，并做好裝飾保護(hù)，安裝上不銹鋼半圓球以方便觀測(cè)時(shí)樹立標(biāo)尺；在基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定好后一個(gè)月必須要連續(xù)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)按規(guī)范進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，計(jì)算其閉合差小于要求，且精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。沉降點(diǎn)需要按規(guī)范進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，確保精度到到要求。在觀測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置完成后進(jìn)行第一次測(cè)量，而后建筑每完成一層進(jìn)行一次測(cè)量，待整座建筑完工驗(yàn)收后第一年，應(yīng)當(dāng)每三個(gè)月觀測(cè)一次，第二年以后半年觀測(cè)一次，如果沉降符合該建筑建設(shè)時(shí)的安全范圍便可停止觀測(cè)。

3.2 電子水準(zhǔn)儀在尾礦沉降觀測(cè)中的應(yīng)用

在某尾礦庫(kù)堤的沉降觀測(cè)中也引用過電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，該尾礦庫(kù)堤長(zhǎng)200 m、寬4.5 m，根據(jù)工程測(cè)量規(guī)范要求采用二等水準(zhǔn)測(cè)量的方法對(duì)尾礦沉降進(jìn)行觀測(cè)。經(jīng)過11次觀測(cè)，每次觀測(cè)都形成閉環(huán)。經(jīng)過實(shí)際的應(yīng)用確實(shí)證明電子水準(zhǔn)儀能夠展現(xiàn)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(yīng)用于地鐵隧道長(zhǎng)期沉降觀測(cè)

在地鐵隧道長(zhǎng)期沉降觀測(cè)中應(yīng)用電子水準(zhǔn)儀，能夠有效的提高沉降觀測(cè)工作效率，為地鐵工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供必要的數(shù)據(jù)依據(jù)。一般在地鐵地下隧道中5～10 m距離設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，上限和下限均設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，所以往往會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量眾多。而地鐵隧道沉降監(jiān)測(cè)工作只能夠在夜間進(jìn)行，而通過電子水準(zhǔn)儀就能夠高效進(jìn)行測(cè)量，節(jié)約觀測(cè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期隧道沉降監(jiān)測(cè)。

4 電子水準(zhǔn)儀應(yīng)用注意問題

電子水準(zhǔn)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(zhǔn)儀條碼尺的清潔，且測(cè)量過程中必須要保證儀器掃描范圍內(nèi)條碼尺亮度一致，應(yīng)盡量避免在光線太強(qiáng)或太弱時(shí)進(jìn)行觀測(cè)；其次，電子水準(zhǔn)儀一般都不具備防水功能，精密儀器必須要做好防水、運(yùn)輸途中的保護(hù)工作，并且要根據(jù)設(shè)備的使用說明及時(shí)充電延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

5 結(jié) 語

電子水準(zhǔn)儀在工程測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，建筑物沉降觀測(cè)只是電子水準(zhǔn)儀應(yīng)用的一小部分。未來電子水準(zhǔn)儀在工程測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用空間巨大，且智能化發(fā)展的空間還巨大，未來還有待進(jìn)一步的發(fā)展和研究。

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