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

1、31/106沈陽(yáng)建筑大學(xué)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) 土木工程學(xué)院測(cè)繪08-01班學(xué) 生 姓 名 性不 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)刻的變化量，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)。假如變形超過(guò)了限差，就會(huì)阻礙建筑物的正常使用，嚴(yán)峻的會(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)覺(jué)問(wèn)題并采取措施。本論文要緊介紹了數(shù)字水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)、測(cè)量原理

2、；數(shù)字水準(zhǔn)儀的種類(lèi)和特點(diǎn)，目前進(jìn)展的現(xiàn)狀，今后進(jìn)展的趨勢(shì)。以及數(shù)字水準(zhǔn)儀在各種工程中的應(yīng)用，尤其是在沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用；利用數(shù)字水準(zhǔn)儀如何快速準(zhǔn)確地獲得監(jiān)測(cè)對(duì)象的沉降信息,以便對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行及時(shí)的數(shù)據(jù)分析和準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)；依據(jù)電子水準(zhǔn)儀的差不多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)用和進(jìn)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 det

3、ermine 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 b

4、uilding 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 s

5、olve 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

6、 paper make a research of large number of engineering applications, especially in the settlement monitoring ,of the digital level instruments. Using the digital level instruments ,it can quickly and accurately obtain the monitoring information of monitoring object, so that the prediction of monitori

7、ng object can be obtained timely accurately. 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: Electr

8、onic level; Deformation monitoring; Settlement observatio目錄 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc327533886 HYPERLINK l _Toc327533887 第一章電子水準(zhǔn)儀的差不多原理 PAGEREF _Toc327533887 h 1 HYPERLINK l _Toc327533888 1.1引言 PAGEREF _Toc327533888 h 1 HYPERLINK l _Toc327533889 1.2電子水準(zhǔn)儀的結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理 PAGEREF _Toc327533889 h 1 HYPE

9、RLINK l _Toc327533890 1.3 電子水準(zhǔn)儀的種類(lèi)和特點(diǎn) PAGEREF _Toc327533890 h 2 HYPERLINK l _Toc327533891 1.3.1 電子水準(zhǔn)儀的種類(lèi) PAGEREF _Toc327533891 h 2 HYPERLINK l _Toc327533892 1.3.2 電子水準(zhǔn)儀的特點(diǎn) PAGEREF _Toc327533892 h 8 HYPERLINK l _Toc327533898 1.4 電子水準(zhǔn)儀的進(jìn)展現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc327533898 h 9 HYPERLINK l _Toc327533914 第二章

10、建筑變形觀測(cè) PAGEREF _Toc327533914 h 13 HYPERLINK l _Toc327533915 2.1建筑變形觀測(cè) PAGEREF _Toc327533915 h 13 HYPERLINK l _Toc327533916 2.1.1 建筑變形觀測(cè)概述 PAGEREF _Toc327533916 h 13 HYPERLINK l _Toc327533917 2.1.2 建筑變形觀測(cè)的分類(lèi) PAGEREF _Toc327533917 h 13 HYPERLINK l _Toc327533918 2.1.3 建筑變形觀測(cè)的特點(diǎn) PAGEREF _Toc327533918 h

11、14 HYPERLINK l _Toc327533919 2.1.4 建筑變形觀測(cè)的差不多方法 PAGEREF _Toc327533919 h 15 HYPERLINK l _Toc327533920 2.2 變形觀測(cè)的重要意義 PAGEREF _Toc327533920 h 15 HYPERLINK l _Toc327533921 第三章 電子水準(zhǔn)儀的觀測(cè)方法 PAGEREF _Toc327533921 h 17 HYPERLINK l _Toc327533922 3.1 DiNi 12電子水準(zhǔn)儀的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc327533922 h 17 HYPERLINK l _Toc3

12、27533923 3.2 電子水準(zhǔn)儀的觀測(cè)方法 PAGEREF _Toc327533923 h 18 HYPERLINK l _Toc327533924 第四章 電子水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正 PAGEREF _Toc327533924 h 20 HYPERLINK l _Toc327533925 4.1 電子水準(zhǔn)儀的誤差 PAGEREF _Toc327533925 h 20 HYPERLINK l _Toc327533926 HYPERLINK l _Toc327533927 4.2 電子水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正 PAGEREF _Toc327533927 h 22 HYPERLINK l _Toc327

13、533928 4.2.1電子水準(zhǔn)儀常規(guī)檢驗(yàn)與校正 PAGEREF _Toc327533928 h 22 HYPERLINK l _Toc327533929 HYPERLINK l _Toc327533930 4.2.2電子水準(zhǔn)儀i角的檢驗(yàn)與校正 PAGEREF _Toc327533930 h 23 HYPERLINK l _Toc327533932 第五章 電子水準(zhǔn)儀在變形觀測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例 PAGEREF _Toc327533932 h 26 HYPERLINK l _Toc327533933 5.1 工程概況 PAGEREF _Toc327533933 h 26 HYPERLINK l _T

14、oc327533934 5.2 沉降觀測(cè)高程操縱網(wǎng)方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc327533934 h 26 HYPERLINK l _Toc327533935 5.2.1 觀測(cè)儀器及依據(jù) PAGEREF _Toc327533935 h 26 HYPERLINK l _Toc327533936 5.2.2水準(zhǔn)基點(diǎn)的布設(shè) PAGEREF _Toc327533936 h 27 HYPERLINK l _Toc327533937 5.2.3工作基點(diǎn)的布設(shè) PAGEREF _Toc327533937 h 27 HYPERLINK l _Toc327533938 5.2.4 沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè) PAG

15、EREF _Toc327533938 h 28 HYPERLINK l _Toc327533939 5.2.5觀測(cè)方法 PAGEREF _Toc327533939 h 28 HYPERLINK l _Toc327533940 5.2.6 觀測(cè)成果 PAGEREF _Toc327533940 h 29 HYPERLINK l _Toc327533941 5.3數(shù)據(jù)處理與分析 PAGEREF _Toc327533941 h 30 HYPERLINK l _Toc327533942 5.3.1 觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)成果 PAGEREF _Toc327533942 h 30 HYPERLINK l _Toc3

16、27533943 5.3.2 累積沉降值 PAGEREF _Toc327533943 h 33 HYPERLINK l _Toc327533944 5.3.3 沉降等值線圖 PAGEREF _Toc327533944 h 34 HYPERLINK l _Toc327533945 5.3.4 沉降-荷載-時(shí)刻曲線圖 PAGEREF _Toc327533945 h 34 HYPERLINK l _Toc327533946 5.3.5各觀測(cè)點(diǎn)隨時(shí)刻累積沉降速度曲線圖 PAGEREF _Toc327533946 h 38 HYPERLINK l _Toc327533947 第六章 總結(jié)與展望 PAGE

17、REF _Toc327533947 h 40 HYPERLINK l _Toc327533948 6.1經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 PAGEREF _Toc327533948 h 40 HYPERLINK l _Toc327533949 6.2 結(jié)論 PAGEREF _Toc327533949 h 40 HYPERLINK l _Toc327533950 6.3 展望 PAGEREF _Toc327533950 h 40 HYPERLINK l _Toc327533952 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc327533952 h 42 HYPERLINK l _Toc327533953 致謝 PAGEREF

18、 _Toc327533953 h 43附錄一 中文譯文附錄二 外文翻譯原文電子水準(zhǔn)儀在建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究電子水準(zhǔn)儀的差不多原理1.1引言隨著都市建設(shè)的迅猛進(jìn)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)重要工作確實(shí)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)的飛速進(jìn)展,沉降觀測(cè)手段也從傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)儀進(jìn)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),得到了寬敞測(cè)繪工作者的青

19、睞，在各種工程的變形監(jiān)測(cè)中得到了特不廣泛的應(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)儀是在周密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上進(jìn)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)

20、換成模擬視頻信號(hào)，通過(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(lèi)和特點(diǎn)1.3.1 電子水準(zhǔn)儀的種類(lèi)目前流行的幾種電子水準(zhǔn)原理要緊是相關(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)則也有特不明顯的個(gè)性區(qū)不,從這些區(qū)不是能夠看出它們的解碼原理的區(qū)不的。另外，除上述編碼環(huán)節(jié)存在共同性外，

21、解碼環(huán)節(jié)也依舊有共同性的。能夠斷定，所有的電子水準(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)程和一般的光學(xué)模擬水準(zhǔn)儀仍然有相似之處。如圖1-2所示：（1）相關(guān)法Leica儀器使用相關(guān)法，其解碼原理確實(shí)是對(duì)圖像信號(hào)與約定的編碼進(jìn)行相關(guān)解算，查找最大相關(guān)點(diǎn)的位置從而完成圖象識(shí)不進(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。由因此直接進(jìn)行相關(guān)搜索運(yùn)算，因此標(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分不與條碼的黑自相對(duì)應(yīng)。YYN條形編碼標(biāo)尺CCD光電傳感器數(shù)字圖像鎖定

22、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1-2 常見(jiàn)的電子水準(zhǔn)儀原理圖1-3相關(guān)法的直接黑白編碼原理相關(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)目具有專門(mén)大的隨意性，最少是1個(gè)碼元，而最多能夠是16個(gè)碼元，而且碼元寬度專門(mén)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阻礙到整個(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)

23、算量特不巨大，因此導(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，也有儀器則采納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)。關(guān)于這一點(diǎn)，目前還沒(méi)發(fā)覺(jué)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)差不多上介紹的粗測(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

24、涉及。（2）幾何法幾何法的解碼原理區(qū)不于相關(guān)法的地點(diǎn)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(lèi)，并使得圖像信號(hào)中能夠恢復(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(lèi)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)系事實(shí)上是所有電子水準(zhǔn)原理所共同采納的(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)差不多上使用了這種幾何關(guān)系。因此我們一直認(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

25、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。能夠看出如此的條碼的寬度種類(lèi)僅有二種寬度，大的條紋寬度確實(shí)是碼元的寬度，小的條紋寬度確實(shí)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)，依照恢復(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)分布定位就清清晰楚，簡(jiǎn)單的一維相關(guān)就能夠完成粗測(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，專門(mén)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)鏡成像專門(mén)大，在光電傳感器上成像的碼

26、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，幾何法采納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)刻電傳感器才能夠分辨并參與解碼，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事實(shí)上只是著重強(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)系確實(shí)是講明電子中絲和碼元之間的相位位置關(guān)系而關(guān)于其粗測(cè)原理“碼詞”，的獵取這一電子水準(zhǔn)儀的最實(shí)質(zhì)的圖象識(shí)不技術(shù)問(wèn)題則沒(méi)有涉及。能夠看出，相關(guān)法和幾何法的命名角度本身是

27、不一致的，前者是粗測(cè)特征，后者是精測(cè)特征。如此的命名與分類(lèi)因此是不嚴(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)，幾何法也能夠使用相關(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)不僅在因此否利用載碼調(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差不多特征是利用標(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(lèi)似的如圖1-6所示。要緊分如下6個(gè)步驟進(jìn)行:分不測(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

28、解出電子中絲在隱含頻率Fc =-中的相位=-；依照隱含頻率Fc的波長(zhǎng)五:Lc= /(-)和相位求得第一高度粗測(cè)值；依照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)；再依照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)和逐次精粗銜接就能夠獲得精確的高度測(cè)量結(jié)果H了。之因此要使用第二粗測(cè)值，是因?yàn)榈谝淮譁y(cè)值的精度專門(mén)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

29、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(lèi)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種碼元的寬度差不不大，這種不大的差不在近距離是容易區(qū)不的，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種寬度差不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，差不多應(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

30、，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)不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種原理能夠看出，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)原理事實(shí)上也是差不多相同的，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)不)以及精測(cè)、粗測(cè)都要涉及到的物

31、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)不，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)單的算法就能夠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)就能夠輕易解決近距離時(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),

32、并采納條碼標(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。采納一般標(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)都采納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)尺分劃誤差的阻礙。多數(shù)儀器都有進(jìn)行多次讀數(shù)取平均的功能，能夠削弱外界條件阻礙。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)刻以及人為出錯(cuò)的重測(cè)數(shù)量，測(cè)量時(shí)刻與傳統(tǒng)儀器相比能夠節(jié)約1/3左右。（4）效率高：只需調(diào)焦和按鍵就能夠自動(dòng)讀數(shù)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。視距還能自

33、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)儀的進(jìn)展現(xiàn)狀及進(jìn)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；既能夠用于數(shù)字水準(zhǔn)測(cè)量，也能夠用于傳統(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)不器；采納數(shù)字圖像處理技術(shù)，這些差不多上傳統(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)周

34、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)進(jìn)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)(與采納的標(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)儀及要緊技術(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)

35、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)刻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)

36、：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不。下面對(duì)徠卡、天寶和拓普康三個(gè)廠家的周密電子水準(zhǔn)儀加以比較。測(cè)量原理與編碼標(biāo)尺規(guī)則不同:徠卡儀器采納相關(guān)法讀數(shù)，天寶采納幾何法讀數(shù)，拓?fù)淇挡杉{相位法讀數(shù)。技術(shù)指標(biāo)的差不:各廠家的電子水準(zhǔn)儀由于設(shè)計(jì)思路不同，采納的原理不同，導(dǎo)致在技術(shù)指標(biāo)上存在一些差不，如測(cè)量時(shí)刻不同，對(duì)標(biāo)尺條碼截取的范圍不同，計(jì)算方法不同等。性能的差不: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不。折光差:由于空氣中折射率的梯度的存在，對(duì)視線高的阻礙。當(dāng)視線靠近地面時(shí)，由于受折光的阻礙，標(biāo)尺影像將產(chǎn)生形

37、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)生阻礙，造成折光差。但由于三種儀器的讀數(shù)原理不同，受折光差的阻礙大小也不同，天寶儀器受折光差的阻礙要小于其它兩種儀器。這要緊是因?yàn)椴趟倦娮铀疁?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，因此當(dāng)視線靠近地面時(shí)，受折光差的阻礙小，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，因此受折光差的阻礙大。紅外光線的阻礙不同徠卡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)，假如紅外光成分較弱時(shí)

38、，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，因此不受此阻礙，它們只要求標(biāo)尺要有足夠的照明。調(diào)焦對(duì)測(cè)量結(jié)果的阻礙不同天寶電子水準(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，能夠由該測(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

39、較大阻礙。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)有多大阻礙，然而條碼成像模糊時(shí)，儀器會(huì)通過(guò)延長(zhǎng)圖像處理時(shí)刻來(lái)獲得讀數(shù)。然而也應(yīng)該注意，盡管通常調(diào)焦波動(dòng)，對(duì)測(cè)量結(jié)果只產(chǎn)生微不足道的阻礙，但若是大量測(cè)量差不多上如此，就會(huì)阻礙最后的測(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)量也專門(mén)重要。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)并不是采納編碼標(biāo)尺上的某一處條碼刻劃，而是對(duì)視場(chǎng)中

40、標(biāo)尺截距編碼的平均值，因此同意標(biāo)尺部分遮擋。只是不同廠家的儀器由于讀數(shù)原理和采納的條碼范圍不同，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)尺被遮擋不阻礙測(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)，蔡司的電子水準(zhǔn)儀具有標(biāo)尺非對(duì)稱截距測(cè)量功能。然而，這類(lèi)儀器的中絲附近條碼不同意遮擋。關(guān)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

41、遮擋可能就無(wú)法讀數(shù)，而對(duì)中絲是否遮擋沒(méi)有專門(mén)要求。（4）電子水準(zhǔn)儀有寬敞的應(yīng)用前景,要緊有：高精度水準(zhǔn)測(cè)量：NA3003被美國(guó)聯(lián)邦大地操縱協(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)發(fā)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)周密測(cè)量。連續(xù)周密測(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

42、的進(jìn)展方向：電子水準(zhǔn)儀是一種功能專門(mén)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，因此確信是幾何水準(zhǔn)測(cè)量接著進(jìn)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)儀之因此能成功，要緊是依靠于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)的進(jìn)展而進(jìn)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

43、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)刻的推移發(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(lèi)型能夠分為：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，也確實(shí)是講，它只是時(shí)刻的函數(shù)；動(dòng)態(tài)變形是指在外力阻礙下而產(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)關(guān)于時(shí)刻的變化，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)刻長(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

44、能夠分為：全局性變形，區(qū)域性變形，局域性變形。按成因能夠分為：人工干預(yù)變形，自然緣故變形，綜合緣故變形。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)刻變形的工作。通過(guò)變形觀測(cè)，能夠檢查、各種工程建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，及時(shí)發(fā)覺(jué)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)的假講，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(lèi)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

45、緊密的聯(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)容要緊有沉降觀測(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)確實(shí)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)刻的變化的高差變化量。通常采納周密水準(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)刻變化的移動(dòng)量。 測(cè)定水平位移的方法專門(mén)多,有常規(guī)的地面操縱測(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

46、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壒试斐傻?。建筑物傾斜位移分為兩類(lèi)：一類(lèi)表現(xiàn)為以不均勻的水平位移為主；另一類(lèi)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)刻變化的工作。關(guān)于上述兩種傾斜一般采納不同的觀測(cè)方法，前者可采納先測(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，也確實(shí)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)了同意的限度，使得建筑物的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。測(cè)定建筑物

47、裂縫進(jìn)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)相關(guān)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，阻礙對(duì)變形緣故的分析和變形規(guī)律的正確分析，和其他測(cè)量工作相比較，變形觀測(cè)必須具有專門(mén)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，依照變形觀測(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)：建筑物由于各種緣故產(chǎn)生的變形都有時(shí)刻

48、效應(yīng)，計(jì)算其變形最簡(jiǎn)單，最差不多的方法是計(jì)算建筑物上同一點(diǎn)在不同時(shí)刻的坐標(biāo)差和高程差。這就要求變形觀測(cè)必須依一定的時(shí)刻周期重復(fù)觀測(cè)，時(shí)刻跨度較大。重復(fù)觀測(cè)的周期取決于變形觀測(cè)的目的，可能的變形量的大小和速度。（3）要求采納嚴(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，必須采納嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理方法。2.1.4 建筑變形觀測(cè)的差不多方法第一類(lèi):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(lèi)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

49、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(lèi):攝影測(cè)量方法:包括近景攝影測(cè)量.它能夠同時(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(lèi):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(lèi):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?？臻g測(cè)量技術(shù)先進(jìn),能夠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要緊手段。工

50、程建筑物變形觀測(cè)的差不多方法,要依照建筑物的變形性質(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周密機(jī)械的安裝、導(dǎo)軌以及尖端科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備由于自然條件的阻礙與變化，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 阻礙與變化，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，盡管在設(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。假如這些變形在一定限度之

51、內(nèi)，認(rèn)為是正常的現(xiàn)象；假如超過(guò)了限差，就會(huì)阻礙建筑物的正常使用，嚴(yán)峻的會(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)覺(jué)問(wèn)題并采取措施。在科學(xué)上，變形觀測(cè)能夠關(guān)心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)的假講，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)儀的差不多圖示：由于我們學(xué)校以及本論文中測(cè)量數(shù)據(jù)所采納的電子水準(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

52、用方法，其差不多圖示如圖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，要緊是如下幾項(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

53、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,然后就能夠開(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, 就能夠換站了, 能夠把水準(zhǔn)儀關(guān)閉后再換站, 當(dāng)打開(kāi)儀器后能夠直接就進(jìn)入剛才所在的地點(diǎn), 同時(shí)能夠接著進(jìn)行水準(zhǔn)路線測(cè)量。當(dāng)觀測(cè)結(jié)束同時(shí)差不多觀測(cè)了最后的閉合點(diǎn),能夠按下測(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, 現(xiàn)在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

54、)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, 然后就能夠直接從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)能夠使用一些商業(yè)軟件如恒華一點(diǎn)通HDLink軟件, TGO等, 還能夠使用Windows自帶的超級(jí)終端來(lái)傳輸。關(guān)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

55、數(shù)據(jù)覆蓋。數(shù)據(jù)下載至計(jì)算機(jī)后能夠直接導(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, 如此能夠把所測(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，依照規(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)推斷測(cè)量現(xiàn)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

56、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)操縱，不滿足要求的應(yīng)依照儀器的提示進(jìn)行重測(cè)。觀測(cè)時(shí)，一般按后-前-前-后的順序進(jìn)行，關(guān)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)量中幸免望遠(yuǎn)鏡直接對(duì)著太陽(yáng)；盡量幸免

57、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)以幸免尺墊下沉。同時(shí)觀測(cè)過(guò)程中幸免儀器安置震動(dòng)的地點(diǎn)，假如臨時(shí)有震動(dòng)，確認(rèn)震動(dòng)源造成的震動(dòng)消逝后，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

58、誤差等均滿足要求后進(jìn)行平差計(jì)算，水準(zhǔn)路線能夠用手工平差（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)不的原理，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)儀的進(jìn)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)儀獵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)儀有所差不。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)

59、。電子水準(zhǔn)儀的誤差要緊有一下三個(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。各自的產(chǎn)品時(shí)，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)償器就能夠工作，而無(wú)需用電子水準(zhǔn)器來(lái)周密調(diào)平儀器，如此旨在提高測(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)刻的使用、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

60、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)特性也差不多一致，差不多能夠滿足周密水準(zhǔn)測(cè)量的要求(0.10)。然而，通過(guò)運(yùn)輸、溫度變化和長(zhǎng)時(shí)刻的使用使其內(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