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【摘要】本文主要论述了电子水准仪的基本原理以及建筑物沉降观测的一些基本要求。然后，本文结合天宝dini03 电子水准仪的应用，具体分析了某居民楼的沉降观测过程，以期能够为建筑物沉降观测工作提供参考。
【关键词】电子水准仪；沉降观测；应用
中图分类号： TU196.2文献标识码：A
一、前言
随著科技的进步，电子水准仪的精度越来越高，同时，我国建筑物沉降观测的要求也在逐步的提高。这就需要我们观测人员依靠先进的沉降观测仪器，做好建筑物的沉降观测工作，从而更好的监测建筑物的变形情况。
二、电子水准仪的基本原理
电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。与电子水准仪配套使用的水准尺为条形编码尺，通常由玻璃纤维或铟钢制成，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。在电子水准仪中装置有行阵传感器，它可识别水准标尺上的条形编码。电子水准仪摄入条形编码后，经处理器转变为相应的数字，再通过信号转换和数据化，在显示屏上直接显示中丝读数和视距。
目前照准标尺和调焦仍需目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码一方面被成像在望远镜分化板上，供目视观测；另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成像在光电传感器（又称探测器）上，即线阵CCD 器件上，供电子读数。因此，如果使用传统水准标尺，电子水准仪又可以像普通自动安平水准仪一样使用。不过这时的测量精度低于电子测量的精度。特别是精密电子水准仪，由于没有光学测微器，当成普通自动安平水准仪使用时，其精度更低。
三、建筑物沉降观测特征及其对观测精度的要求
建筑物沉降观测是监测建筑物是否变形的主要方式之一，它是通过定期监测变形观测点的高程并根据各点间的高程变化来确定建筑物的沉降量、倾斜度等参数，据此推断沉降变形对建筑物破坏影响程度，为采取必要的安全措施提供依据。目前沉降观测方法主要以几何水准测量为主。沉降观测时，在能表示沉降特征的部位设置沉降点，在沉降影响范围之外埋设水准基点，利用水准基点定期测量沉降观测点高程，从而在各个沉降观测点高程的变化中了解建筑物的沉降情况。为能精确地反映出建构筑物在不断加荷作下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1/10～1/20，为此要求沉降观测应使用精密水准仪(S1 或S05 级)，水准尺也应使用受环境及温差变化影响小的高精度铟合金水准尺。DiNi03 电子水准仪测量精度高，性能稳定，操作自动化，非常适合应用于对观测精度要求较高的建筑物沉降观测中。
四、沉降观测实例
某17层的居民楼为小高楼，户型为一梯三户型。该居民楼一共有2个单元。
为了实时了解该居民楼在施工、运营过程中的沉降情况, 我院负责完成该楼的沉降测量控制网和建筑物沉降观测工作, 控制点和沉降点观测等级按《建筑变形测量规程》均为二级。根据设计要求及该居民楼的实际情况, 沉降观测从2011 年3 月18 日开始, 到2012年8 月5 日共观测13 期。
1、仪器的选择
我院投入高精度电子水准仪“天宝DINI 03 电子水准仪”, 进行高程控制网和沉降点的测量。将仪器的重复读数次数设置为3 次, 在测量中将每站的观测距离控制在50 m 内, 每站前后视距差控制在±1 m 内, 累积前后视距差控制在±1 m 内。在进行观测前按规定进行仪器鉴定, 在每次的沉降观测前, 对所使用的水准仪i 角和铟瓦标尺上的水准器进行了检验。
2、控制点和沉降点的选择
在居民楼路口有国家二等水准点ⅡGM1, 在居民楼东南方向上, 选择了BM1, BM2, BM3, BM4 等4 个高程控制点, 控制网按二级水准测量的技术要求施测, 布设成闭合环、节点网或附和高程路线( ⅡGM1～BM3～BM2～BM1～BM4) 。在整个沉降观测过程中, 总共对基准点进行了7 次观测, 以ⅡGM1 点为起算点, 其他基准点高程变化最大的为0.15 mm, 证明了基准点比较稳定。
沉降观测点的布设, 应选在能够全面反映居民楼及地基变形特征, 并顾及地质情况及建筑结构特点。鉴于上述原则, 根据居民楼的结构, 结合实际情况, 布设了20 个沉降观测点。沉降点的具体分布位置见图1。
图1 居民楼沉降点分布图
五、沉降观测方案
1、 沉降点观测线路
由于该居民楼结构较复杂, 工地建筑垃圾较多, 且随着时间的变化,底楼的结构也发生了变化。鉴于以上情况我们对观测线路进行了布置，如所示。
2、天宝DINI 03电子水准仪观测方法
由于天宝DINI 03电子水准仪自动化程度较高, 仪器可以自动连续3 次读取铟瓦标尺中丝取平均值并记录在存储卡中, 当3 次读数中2 次读数校差>0.5 mm时仪器将拒绝读数, 前后视距离也将自动记录。因此, 在观测过程中只需控制每站的前后视距差和最大视距即可。在观测过程中, 采用了奇数站“后—前—前—后”, 偶数站“前—后—后—前”的观测顺序。应尽量使系统误差保持不变, 以便系统误差在沉降值中得以消除。
在每次观测过程中采取了相同的观测路线和观测方法; 采用固定的观测人员和观测仪器、标尺, 采用固定人员上固定的沉降点的办法。
3、数据处理
每次观测结束后, 将原始数据传到微机, 用电子表格打开文件, 并对数据进行整理, 计算各相邻沉降点之间的段高差和观测站数, 将数据输入清华山维Nasew2003 软件进行平差。根据平差计算的各沉降点高程计算各点本期沉降量和累积沉降量。
在所有沉降观测工作结束后, 利用建筑沉降分析系统ST3.8 软件对各期观测数据进行分析, 做出各点沉降曲线图, 计算各点最大沉降量和平均沉降速度等。
4、观测结果分析
按照规程要求,按下式计算每测站高差中数中误差:
式中:N 为水准环数; n 为各环线的测站数;W为各环线闭合差。
计算结果见表1。
表1 观测结果
从表1 可以看出, 基准点观测和沉降点观测达到了二级变形测量的精度要求( M△=±0.5 mm) 。
从各点各期观测高程数据和沉降点沉降过程曲线可以看出: 从第1期观测到第13 期,沉降量较均匀, 在第9 次观测后出现反弹, 到第11 期开始下沉, 后部分点又反弹,但总的来说, 沉降量较小, 沉降较稳定。从软件计算的各点平均沉降速度来看, 最大沉降速度为0.02 mm/d, 根据《建筑变形测量规程》“一般观测工程, 若沉降速度小于0.01 mm/d～0.04 mm/d”,可认为已进入稳定阶段。
六、DINI 03 电子水准仪经验及其注意事项
1、使用经验
（一） 数字水准仪读数客观、真实, 因此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。
（二）测量精度高, 可以满足我国现行的各种等级的水准测量工作; 同时其具有速度快、效率高、能有效减轻作业劳动强度的优点。通过实践证明完成同样的工作量, 满足同样的精度的前提下数字水准仪的效率可以提高30% ~ 50%。
（三）便于实现水准测量内外业一体化, 而且通过对仪器现有条件改进可以实现小范围沉降监测的自动化。当然任何事情都是相对的, 数字水准仪也存在它的不足。譬如数字水准仪进行水准测量的误差来源就要比传统水准仪要多, 特别是电磁场的影响、CCD 成像质量、标尺及其光照变化影响、视线遮挡等, 都将会对测量成果起到不同程度的影响, 应采取一定的有效措施消除或减弱这些误差的影响。其他各方面应用所遇到的问题还有很多, 这也有待于进一步研究。
2、注意事项
（一） 施测环境的震动情况
DINI 03对震动相当敏感。因为它不像一般非電子水准测量仪器，可以通过观测细微振动的范围得到一比较准确的值，它在测量时需要大概2 到3 秒的时间，很难保证观测值是在仪器相对稳定的情况下测得的数据，所以要特别注意地表震动、风力等不利因素对外业观测的影响。
（二）施测环境的照明情况
对于一般光学仪器来讲，当光线过暗时可以用手电等工具照亮标尺面进行读数。而对于DINI 03数字水准仪来说，光线的强弱、尺面亮度的均匀性都对观测数据的准确性产生重要影响。当光线较暗或在望远镜中可以看到强光的反射时都会使测量时间延长，影响测量的精度，甚至无法测出数据。而且在尺面亮度不均匀（如有树枝等阴影）也会无法测得数据。所以在作业时要注意环境照明问题，在需要人工照明时不宜采用聚光灯，如用手电照明，应取下灯头的聚光反射面。
（三）注意条码尺清洁维护
与DINI 03配套使用的水准尺条码面要保护好，保持清洁不破损，如有损坏点或太脏，都可能引起测量数据的错误。
七、结束语
综上所述，天宝DINI 03 电子水准仪在建筑物的沉降观测中具有显著的效果，在今后的沉降观测工作中，还应该注意细节方面的要求，严格按照仪器的使用步骤进行观测工作，提高观测结果的准确性和有效性。同时，要严格设备的管理和养护，在进行测试过程中，不断提高测试人员的综合素质和专业素质，如此方可更大程度的确保测试质量，同时，也要从测量观测的环境，照明等外在因素方面进行综合控制，从而方能够合理、科学、准确地反映、分析 、预测出建筑物的整体沉降状况，对高层建筑物的形变进行监控，从而保证人民的人身、财产的安全，为促进经济的发展和社会的稳定奠定坚实基础。
【参考文献】
[1]阎玉广,管科峰.浅析电子水准仪在沉降观测中的优势[J].科技致富向导,2013,17:264.
[2]李刚,徐鹏,张伟娜.高精度电子水准仪在煤仓沉降观测中的应用[J].工程地球物理学报,2011,06:541-544.
[3]孙宏.TrimbleDini12高精度电子水准仪在沉降观测中的应用[J].电力勘测设计,2010,06:32-34.
[4]酒正纲,张志伟,李岩松.DL-101系列电子水准仪在沉降观测中的应用[J].河北建筑工程学院学报,2011,01:1-2+9.
[5]倪正文,吴利民.NA3000电子水准仪在沉降观测中的应用[J].铁路航测,2011,01:38-39.
【关键词】电子水准仪；沉降观测；应用
中图分类号： TU196.2文献标识码：A
一、前言
随著科技的进步，电子水准仪的精度越来越高，同时，我国建筑物沉降观测的要求也在逐步的提高。这就需要我们观测人员依靠先进的沉降观测仪器，做好建筑物的沉降观测工作，从而更好的监测建筑物的变形情况。
二、电子水准仪的基本原理
电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。与电子水准仪配套使用的水准尺为条形编码尺，通常由玻璃纤维或铟钢制成，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。在电子水准仪中装置有行阵传感器，它可识别水准标尺上的条形编码。电子水准仪摄入条形编码后，经处理器转变为相应的数字，再通过信号转换和数据化，在显示屏上直接显示中丝读数和视距。
目前照准标尺和调焦仍需目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码一方面被成像在望远镜分化板上，供目视观测；另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成像在光电传感器（又称探测器）上，即线阵CCD 器件上，供电子读数。因此，如果使用传统水准标尺，电子水准仪又可以像普通自动安平水准仪一样使用。不过这时的测量精度低于电子测量的精度。特别是精密电子水准仪，由于没有光学测微器，当成普通自动安平水准仪使用时，其精度更低。
三、建筑物沉降观测特征及其对观测精度的要求
建筑物沉降观测是监测建筑物是否变形的主要方式之一，它是通过定期监测变形观测点的高程并根据各点间的高程变化来确定建筑物的沉降量、倾斜度等参数，据此推断沉降变形对建筑物破坏影响程度，为采取必要的安全措施提供依据。目前沉降观测方法主要以几何水准测量为主。沉降观测时，在能表示沉降特征的部位设置沉降点，在沉降影响范围之外埋设水准基点，利用水准基点定期测量沉降观测点高程，从而在各个沉降观测点高程的变化中了解建筑物的沉降情况。为能精确地反映出建构筑物在不断加荷作下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1/10～1/20，为此要求沉降观测应使用精密水准仪(S1 或S05 级)，水准尺也应使用受环境及温差变化影响小的高精度铟合金水准尺。DiNi03 电子水准仪测量精度高，性能稳定，操作自动化，非常适合应用于对观测精度要求较高的建筑物沉降观测中。
四、沉降观测实例
某17层的居民楼为小高楼，户型为一梯三户型。该居民楼一共有2个单元。
为了实时了解该居民楼在施工、运营过程中的沉降情况, 我院负责完成该楼的沉降测量控制网和建筑物沉降观测工作, 控制点和沉降点观测等级按《建筑变形测量规程》均为二级。根据设计要求及该居民楼的实际情况, 沉降观测从2011 年3 月18 日开始, 到2012年8 月5 日共观测13 期。
1、仪器的选择
我院投入高精度电子水准仪“天宝DINI 03 电子水准仪”, 进行高程控制网和沉降点的测量。将仪器的重复读数次数设置为3 次, 在测量中将每站的观测距离控制在50 m 内, 每站前后视距差控制在±1 m 内, 累积前后视距差控制在±1 m 内。在进行观测前按规定进行仪器鉴定, 在每次的沉降观测前, 对所使用的水准仪i 角和铟瓦标尺上的水准器进行了检验。
2、控制点和沉降点的选择
在居民楼路口有国家二等水准点ⅡGM1, 在居民楼东南方向上, 选择了BM1, BM2, BM3, BM4 等4 个高程控制点, 控制网按二级水准测量的技术要求施测, 布设成闭合环、节点网或附和高程路线( ⅡGM1～BM3～BM2～BM1～BM4) 。在整个沉降观测过程中, 总共对基准点进行了7 次观测, 以ⅡGM1 点为起算点, 其他基准点高程变化最大的为0.15 mm, 证明了基准点比较稳定。
沉降观测点的布设, 应选在能够全面反映居民楼及地基变形特征, 并顾及地质情况及建筑结构特点。鉴于上述原则, 根据居民楼的结构, 结合实际情况, 布设了20 个沉降观测点。沉降点的具体分布位置见图1。
图1 居民楼沉降点分布图
五、沉降观测方案
1、 沉降点观测线路
由于该居民楼结构较复杂, 工地建筑垃圾较多, 且随着时间的变化,底楼的结构也发生了变化。鉴于以上情况我们对观测线路进行了布置，如所示。
2、天宝DINI 03电子水准仪观测方法
由于天宝DINI 03电子水准仪自动化程度较高, 仪器可以自动连续3 次读取铟瓦标尺中丝取平均值并记录在存储卡中, 当3 次读数中2 次读数校差>0.5 mm时仪器将拒绝读数, 前后视距离也将自动记录。因此, 在观测过程中只需控制每站的前后视距差和最大视距即可。在观测过程中, 采用了奇数站“后—前—前—后”, 偶数站“前—后—后—前”的观测顺序。应尽量使系统误差保持不变, 以便系统误差在沉降值中得以消除。
在每次观测过程中采取了相同的观测路线和观测方法; 采用固定的观测人员和观测仪器、标尺, 采用固定人员上固定的沉降点的办法。
3、数据处理
每次观测结束后, 将原始数据传到微机, 用电子表格打开文件, 并对数据进行整理, 计算各相邻沉降点之间的段高差和观测站数, 将数据输入清华山维Nasew2003 软件进行平差。根据平差计算的各沉降点高程计算各点本期沉降量和累积沉降量。
在所有沉降观测工作结束后, 利用建筑沉降分析系统ST3.8 软件对各期观测数据进行分析, 做出各点沉降曲线图, 计算各点最大沉降量和平均沉降速度等。
4、观测结果分析
按照规程要求,按下式计算每测站高差中数中误差:
式中:N 为水准环数; n 为各环线的测站数;W为各环线闭合差。
计算结果见表1。
表1 观测结果
从表1 可以看出, 基准点观测和沉降点观测达到了二级变形测量的精度要求( M△=±0.5 mm) 。
从各点各期观测高程数据和沉降点沉降过程曲线可以看出: 从第1期观测到第13 期,沉降量较均匀, 在第9 次观测后出现反弹, 到第11 期开始下沉, 后部分点又反弹,但总的来说, 沉降量较小, 沉降较稳定。从软件计算的各点平均沉降速度来看, 最大沉降速度为0.02 mm/d, 根据《建筑变形测量规程》“一般观测工程, 若沉降速度小于0.01 mm/d～0.04 mm/d”,可认为已进入稳定阶段。
六、DINI 03 电子水准仪经验及其注意事项
1、使用经验
（一） 数字水准仪读数客观、真实, 因此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。
（二）测量精度高, 可以满足我国现行的各种等级的水准测量工作; 同时其具有速度快、效率高、能有效减轻作业劳动强度的优点。通过实践证明完成同样的工作量, 满足同样的精度的前提下数字水准仪的效率可以提高30% ~ 50%。
（三）便于实现水准测量内外业一体化, 而且通过对仪器现有条件改进可以实现小范围沉降监测的自动化。当然任何事情都是相对的, 数字水准仪也存在它的不足。譬如数字水准仪进行水准测量的误差来源就要比传统水准仪要多, 特别是电磁场的影响、CCD 成像质量、标尺及其光照变化影响、视线遮挡等, 都将会对测量成果起到不同程度的影响, 应采取一定的有效措施消除或减弱这些误差的影响。其他各方面应用所遇到的问题还有很多, 这也有待于进一步研究。
2、注意事项
（一） 施测环境的震动情况
DINI 03对震动相当敏感。因为它不像一般非電子水准测量仪器，可以通过观测细微振动的范围得到一比较准确的值，它在测量时需要大概2 到3 秒的时间，很难保证观测值是在仪器相对稳定的情况下测得的数据，所以要特别注意地表震动、风力等不利因素对外业观测的影响。
（二）施测环境的照明情况
对于一般光学仪器来讲，当光线过暗时可以用手电等工具照亮标尺面进行读数。而对于DINI 03数字水准仪来说，光线的强弱、尺面亮度的均匀性都对观测数据的准确性产生重要影响。当光线较暗或在望远镜中可以看到强光的反射时都会使测量时间延长，影响测量的精度，甚至无法测出数据。而且在尺面亮度不均匀（如有树枝等阴影）也会无法测得数据。所以在作业时要注意环境照明问题，在需要人工照明时不宜采用聚光灯，如用手电照明，应取下灯头的聚光反射面。
（三）注意条码尺清洁维护
与DINI 03配套使用的水准尺条码面要保护好，保持清洁不破损，如有损坏点或太脏，都可能引起测量数据的错误。
七、结束语
综上所述，天宝DINI 03 电子水准仪在建筑物的沉降观测中具有显著的效果，在今后的沉降观测工作中，还应该注意细节方面的要求，严格按照仪器的使用步骤进行观测工作，提高观测结果的准确性和有效性。同时，要严格设备的管理和养护，在进行测试过程中，不断提高测试人员的综合素质和专业素质，如此方可更大程度的确保测试质量，同时，也要从测量观测的环境，照明等外在因素方面进行综合控制，从而方能够合理、科学、准确地反映、分析 、预测出建筑物的整体沉降状况，对高层建筑物的形变进行监控，从而保证人民的人身、财产的安全，为促进经济的发展和社会的稳定奠定坚实基础。
【参考文献】
[1]阎玉广,管科峰.浅析电子水准仪在沉降观测中的优势[J].科技致富向导,2013,17:264.
[2]李刚,徐鹏,张伟娜.高精度电子水准仪在煤仓沉降观测中的应用[J].工程地球物理学报,2011,06:541-544.
[3]孙宏.TrimbleDini12高精度电子水准仪在沉降观测中的应用[J].电力勘测设计,2010,06:32-34.
[4]酒正纲,张志伟,李岩松.DL-101系列电子水准仪在沉降观测中的应用[J].河北建筑工程学院学报,2011,01:1-2+9.
[5]倪正文,吴利民.NA3000电子水准仪在沉降观测中的应用[J].铁路航测,2011,01:38-39.