浅谈数字水准仪在沉降观测中的应用

       胡雪寒（中国地震局地球物理勘探中心  河南郑州  450002）

摘要：本文基于笔者多年从事建筑物沉降监测的相关工作经验，以天宝DiNi12电子水准仪在建筑物沉降监测中的应用为研究对象，分析了水准仪在建筑物沉降检测中的具体应用方案和数据处理方法，全文是笔者长期工作基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键字：水准仪；沉降监测；建筑；控制网

沉降是指工程建筑物及其基础在垂直方向的变形，其表现为在不同时期高程值H的变化。当建筑物的沉降超过了规定的限度时，会影响正常使用，严重时甚至危及建筑物的安全，因此，对建筑物沉降进行有效地监测与预报，已成为施工期间及竣工后确保建筑物安全的重要工作。自20世纪90年代数字水准仪问世以来，其精确性和高效性已经得到了认可，尤其是近年来，越来越广泛地应用于各项目测绘生产作业中，如地铁沉降监测、煤仓沉降监测、建筑物沉降监测以及等级水准测量等方面。

一 数字水准仪特性

数字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较高的数字水准仪，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。

二  数字水准仪的应用

   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80~200m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)。

图1 控制网方案设计图

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数字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DiNi12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。

根据数字水准仪的特性，在操作流程中规定：如遇人、车流频繁，地面震动较大时，不能随意启动仪器进行测量，需待激烈震动趋缓时方可启动仪器测量。遇三、四级风时，为防止仪器视线抖动，应加大脚架跨度，以增加仪器的稳定性，防止风力的影响。此外，该仪器还有自动提示功能，当仪器受震动较大，测量时将提示无效测量，从而保证了测量的精度。

    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 DiNi12数字水准仪外业观测，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DiNi12数字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。

三 结论

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.数字水准仪读数客观、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。

4.实践证明，对数字水准仪来说，扶尺的质量对观测结果影响较大，因此在进行测量时要求标尺严格直立。

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