酒正綱 張志偉 李巖松

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，北京100000；2.東南大學(xué)交通學(xué)院，江蘇 南京210000；3.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口075024）

1990年wied廠首先研制出數(shù)字水準(zhǔn)儀NA2000，為水準(zhǔn)測(cè)量的內(nèi)外業(yè)一體化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).由于GPS技術(shù)只能確定大地高，大地高換算成工程上的正高，需要知道高程異常，而目前確定高程異常仍采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量.因此，可以說(shuō)目前還沒(méi)有其他的方法能取代幾何水準(zhǔn)測(cè)量.但由于電子水準(zhǔn)儀具有測(cè)量速度快、讀數(shù)客觀、能減輕作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度、精度高、測(cè)量數(shù)據(jù)便于輸入計(jì)算機(jī)處理等特點(diǎn)，故有取代傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀應(yīng)用于各工程領(lǐng)域的趨勢(shì)，具有極廣的應(yīng)用前景.其在建筑物沉降觀測(cè)中的應(yīng)用便是一例.

1 DL-101系列電子水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)及精度

1.1 特點(diǎn)

Topcon公司生產(chǎn)的DL-101系列電子水準(zhǔn)儀的主要特點(diǎn)為：精度高，視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖象經(jīng)處理后取平均得出來(lái)的，因此削弱了標(biāo)尺分劃誤差的影響，具有多次讀數(shù)取平均值的功能，可以削弱外界條件影響.自動(dòng)讀數(shù)，比人工讀數(shù)精度高，且無(wú)讀數(shù)誤差.給定測(cè)量限差值，儀器能自動(dòng)計(jì)算線路閉合差.可自動(dòng)判別測(cè)量限差，超限時(shí)提示重測(cè).當(dāng)水準(zhǔn)標(biāo)尺傾斜，讀數(shù)窗不顯示讀數(shù)，可避免因標(biāo)尺傾斜引起的系統(tǒng)誤差.有測(cè)距功能，適合于地下水準(zhǔn)測(cè)量.帶有PCMCIA卡，可記錄實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并能方便地將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī).

1.2 基本原理

DL-101系列電子水準(zhǔn)儀采用相位法原理.標(biāo)尺的條碼經(jīng)望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，成像在光電傳感器.然后根據(jù)標(biāo)尺上A碼及B碼信號(hào)求出相位差即視線高，并根據(jù)尺碼提高測(cè)定相位差的精度.

1.3 精度指標(biāo)

1.3.1 標(biāo)稱精度

DL-100系列的標(biāo)稱精度，每公里高差中數(shù)的中誤差為±0.4mm.

1.3.2 野外測(cè)試精度

軍測(cè)95年對(duì)DL-101系列的儀器進(jìn)行了測(cè)試.測(cè)試時(shí)共設(shè)置了12個(gè)標(biāo)尺點(diǎn)，布設(shè)了14個(gè)往返閉合環(huán).施測(cè)時(shí)按一等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求進(jìn)行測(cè)量，最大環(huán)閉合差0.87mm，最小環(huán)閉合差0.07mm.按往返測(cè)不符值計(jì)算的每公里偶然中誤差為mΔ＝±0.33mm；按環(huán)閉合差算得的每公里測(cè)量中誤差為mw＝±0.5mm.

2 DL-101系列電子水準(zhǔn)儀在沉降觀測(cè)中的應(yīng)用

2.1 可行性探討：

根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)程》（GJ／T8-97）要求，參照《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026-93）變形測(cè)量等級(jí)劃分表，可確定觀測(cè)等級(jí).如表1：

表1 觀測(cè)等級(jí)

從1.3中的標(biāo)稱精度指標(biāo)及野外測(cè)試精度指標(biāo)可發(fā)現(xiàn)：DL-101系列電子水準(zhǔn)儀能滿足各類范圍的建筑物沉降觀測(cè)技術(shù)要求.

2.2 應(yīng)用實(shí)踐

筆者用DL-101電子水準(zhǔn)儀，對(duì)某建筑物進(jìn)行了十余次沉降觀測(cè).施測(cè)時(shí)按二等水準(zhǔn)的技術(shù)要求進(jìn)行，每次觀測(cè)都形成閉合環(huán)，環(huán)線總長(zhǎng)約0.4公里.各實(shí)測(cè)高差閉合差列于表2：

表2 實(shí)測(cè)高差閉合差統(tǒng)計(jì)表

2.3 實(shí)測(cè)精度計(jì)算

設(shè)共有t個(gè)閉合環(huán)，每個(gè)閉合環(huán)含n個(gè)測(cè)站，則每個(gè)閉合環(huán)的閉合差fh為：

式中：fh——環(huán)閉合差，h——每測(cè)站觀測(cè)高差.

因?yàn)楦鱢h的真值為0，則根據(jù)各fh可求得閉合差的中誤差為：

假定每測(cè)站觀測(cè)高差是等精度的，根據(jù)誤差傳播律可求得每測(cè)站的高差中誤差為：

沉降觀測(cè)最弱點(diǎn)高程精度：

由表2的數(shù)據(jù)及式（3）、（4）可計(jì)算出如下實(shí)測(cè)精度：

每測(cè)站高差中誤差mh＝±0.11mm；

每公里高差中數(shù)偶然中誤差mΔ＝±0.30mm；

每公里高差中數(shù)全中誤差（按0.4公里環(huán)閉合差計(jì)算）mw＝±0.43mm；

從以上數(shù)據(jù)可看出DL-101系列電子水準(zhǔn)儀完全能滿足建筑物沉降觀測(cè)的要求.

3 結(jié) 論

3.1 DL-101系列電子水準(zhǔn)儀應(yīng)用于建筑物沉降觀測(cè)速度快、觀測(cè)時(shí)間比用光學(xué)儀器縮短30%，野外作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度輕，精度高.完全能滿足建筑物沉降觀測(cè)的精度要求.

3.2 DL-101系列電子水準(zhǔn)儀帶有PCMCIA卡.它能通過(guò)儀器菜單的操作，將存儲(chǔ)在儀器內(nèi)存中的外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)傳遞到PCMCIA卡上.通過(guò)PCMCIA卡在計(jì)算機(jī)C盤(pán)的根目錄下的Config.sys中添加兩句：

device＝c：＼windows＼system＼csmapper.sys

device＝c：＼windows＼system＼carddrv.exe＼slot＝2（或1）

（只有一個(gè)PC卡驅(qū)動(dòng)器取1）.就可將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送到電腦，為開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)、處理軟件打下了基礎(chǔ).

3.3 DL-101系列電子水準(zhǔn)儀具有光學(xué)水準(zhǔn)儀無(wú)可比擬的優(yōu)越性，并帶有隨機(jī)軟件包，若開(kāi)發(fā)得當(dāng)，必將具有廣闊的應(yīng)用前景.

［1］拓普康電子水準(zhǔn)儀的原理與使用