索佳数字水准仪在沉降观测中的应用

索佳数字水准仪在沉降观测中的应用
作者：苑庆中李莉
来源：《科技视界》 2014年第27期
苑庆中李莉
(聊城市水利局，山东聊城 252000)
【摘要】本文阐明了数字水准仪的工作原理，介绍了其在建筑物沉降观测中的应用，由
测量结果统计分析可知，索佳数字水准仪能满足二等水准测量的要求，为建筑物沉降变形分析
提供可靠数据。

【关键词】数字水准仪；二等水准；沉降观测
1 数字水准仪工作原理
1.1 基本结构
数字水准仪基本构造由光学机械部分、自动安平补偿装置和电子设备组成，电子设备主要
包括：调焦编码器、光电传感器（线阵CCD器件）、读取电子元件、单片微处理机、CSI接口（外部电源和外部存储记录）、显示器件、键盘和测量键以及影像、数据处理软件等，标尺采
用条形码供电子测量使用。

1.2 工作原理
虽各厂家的仪器结构和条形码的编码方式不完全相同，但其基本测量原理相似：即采用编
码标尺，仪器内装置图像识别器和图像数据处理系统，标尺用不同宽度的条码组合来表征尺面
的不同位置，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的分划板上，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（CCD）上，随后转换成电信号，经整形后进入模数转化系统（A/D），从而输出数字信号送入微处理器进行处理和存储，并将其与内存的标准码（参考信号）按一定的方式进行比较，即可获得编码标尺的读数。

2 工程实例
某高层住宅楼地上22层，地下2层，建筑面积16695m2，全现浇剪力墙，工程类别为一类。

为全面掌握施工过程及竣工后一定时期内的垂直变形，对其进行沉降观测。

2.1 监测基准建立
根据施工平面布置图和编制好的监测方案，在避免施工干扰及地基沉降变形区外（距建筑
物45米）埋设4个水准基点，待沉降稳定后，与附近的一等水准点联测。

每期施测前对基准点的稳定性进行分析评价，确认各点无异常变化方进行沉降观测。

2.2 沉降观测点的设置
沉降观测点布设在能全面反映建筑物地基变形特征的点位：A、建筑物的四角、大转角及沿外墙每10～15m处或每隔2～3根柱基上；B、建筑裂缝、后浇带、沉降缝和伸缩缝的两侧，人
工地基与天然地基接壤处及填挖方分界处；C、宽度大于或等于15米承重内隔墙设内墙点；D、框架结构建筑的每个或部分柱基上或沿纵横墙轴线上，以及可能产生较大不均匀沉降的相邻柱
基处；E、高层建筑横向和纵向两个方向对应尽端处；F、邻近堆置重物处、受振动有显著影响
的部位及基础下的暗沟处。

本项目共布设了16个沉降观测点，形成5个闭合环。

各沉降点都埋设与楼体联接的圆钢作为标志，伸出楼体外3-5cm，圆钢伸出端上面加工成半圆头，以便于立
水准尺。

2.3 仪器选择
经专业部门检定合格并在有效使用期内的索佳SDL30数字水准仪，标称精度：±0.4mm（使用索佳BIS20铟钢尺，正面 RAB条码），最小读数0.00001m/0.001（可选），圆水准器灵敏度10′/2mm，放大倍率32X，分辨率3″，视距乘常数100；标尺：2米铟钢尺，线膨胀系数小于1.5*10-6/℃。

自动补偿器：磁阻尼摆式补偿器（±15″）。

高差、高程自动计算和放样，在测定天花板、桥梁等物体高度时，只需将水准标尺倒置便可进行，无须改变测量模式。

仪器可与
电脑连接，进行数据后处理，实行内外业一体化。

2.4 观测实施
观测精度：按照GB50026-2007《工程测量规范》和JGJ8-2007《建筑变形测量规范》二等
水准测量技术要求施测。

每次观测前、后都进行i角等必要项目的检验，结果均在限差内。

垂直位移监测网的主要技术要求（mm）
注：表中n为测站数.
2.5 观测周期
根据建筑物的性质、进度、土质情况及荷载增加情况等决定，有两种方法。

①按荷载定，
从开工至满荷载为第1阶段，一般为10-20天左右；从满荷载至沉降变化速度趋于稳定为第2
阶段，一般在3个月内；从沉降变化速度稳定至基本无变形为第3阶段，一般为半年或1年。

②按沉降速度定，当沉降速度较大，应缩短观测周期，沉降速度放缓时，可适当加长观测周期。

还应考虑地下水位、降水、地震等因素的影响，特殊情况下应及时加测一次，如果情况变化异常，应及时向有关部门汇报，采取有效措施。

2.6 观测结果统计
对该住宅楼共进行了20余次沉降观测，对原始数据检核分析无误后，进行平差计算。

统计结果如下：
[ww]=1.7655，m=22，n=6，每测站高差中误差：
最弱点高程精度：
由统计结果可知，大部分环线闭合差的绝对值小于0.4mm，仪器性能稳定，索佳SDL30用于沉降观测，精度相当高。

运用SDL通讯工具，将观测文件传输到电脑，用NASEW平差软件进行严密平差计算，采用office软件统计各沉降监测点的本次沉降量和累计沉降量，绘制时间-荷载-沉降量曲线图、等沉降曲线图等，对建筑物沉降变形情况进行综合分析评价。

3 数字水准仪的优势
数字水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜中增加了分光镜和探测器（CCD），并采用条码标尺和图像处理电子系统而构成的光机电测量一体化的高科技产品。

与传统仪器相比，有以下特点：
1）读数客观。

不存在误读、误记问题，无人为读数误差。

2）精度高。

视线高和视距读数都是采用大量条码分划经图像处理后取平均得出来的，削弱了标尺分划误差影响。

多数仪器都有进行多次读数取平均的功能，可削弱外界条件的影响。

3）速度快。

省去报数、听记、现场计算以及人为出错的重复测量，时间与传统仪器相比可节省1/3左右。

具有结构清楚、界面友好的操作系统，易学易用，不熟练的作业人员也能进行
高精度测量。

能自动判断测量限差，并在超限时提示重测。

4）效率高。

只需调焦和按键就可以自动读数，数据无缝传输，减轻了劳动强度。

4 数字水准仪的劣势
1）数字水准仪对标尺进行读数不如光学水准仪灵活，数字水准仪只能对其配套标尺进行照准读数，并要求有一定的视场范围。

2）数字水准仪受外界条件影响大。

由于数字水准仪是由CCD探测器来分辨标尺条码的图象，进而进行电子读数，而CCD只能在有限的亮度范围内将图象转换为用于测量的有效电信号，要
求标尺亮度均匀，并且亮度适中。

5 提高精度的措施
1）观测前，使仪器与环境温度趋于一致，测量时打伞遮阳。

2）同一测站观测时，不得两次调焦，前后视距尽量相等。

3）每一测段应进行往返测，且应在不同的气象条件下，在一测段的路线上，测站数应为偶数。

4）尽量避免强磁场的干扰，输电线路等形成的电磁场对平行于电磁场和正交于电磁场的视线有不同影响，强磁场可能影响仪器的补偿器，导致测量误差。

5）标尺应严格直立，并防止地面震动对观测的影响，遇较大风力时，应加大脚架跨度，以增加仪器稳定性，保证测绘成果精度。

6）应做好沉降观测的工作记录，绘制沉降的观测示意图，注明观测点的具体位置与编号，并做好各次的观测记录。

6 结束语
与常规水准仪相比，数字水准仪进行沉降观测，具有读数客观、速度快、效率高、精度高
的特点，在数据采集上节省了很多的时间和人力成本，避免了错误、重测，便于实现沉降观测
内外业一体化。

【参考文献】
［１］JGJ8-2007建筑变形测量规范[S].
［２］GB 50026-2007 工程测量规范[S].
［３］李岭，胡伍生，马骉.电子水准仪及其在沉降观测中的应用[J].江苏测绘，1999.
［责任编辑：刘帅]。