崔明軍，劉平利

（ 1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450001；2.河南省地質(zhì)調(diào)查院 河南省城市地質(zhì)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450001）

隨著城市化進程的不斷推進，各城市工程項目不斷增加，作業(yè)難度也不斷增大，建筑物高度越來越高，城市立體化發(fā)展工程越來越多，這就要求廣大測繪工作者提供更加優(yōu)質(zhì)、高效的測繪保障。電子水準儀具有精度高、使用方便、快速可靠等特點，可廣泛應用于大面積場地測量、樓面水平線標志測量、形變與沉降觀測等領(lǐng)域。本文根據(jù)Trimle DiNi03水準儀的特點，總結(jié)了工作中的經(jīng)驗，以期為后續(xù)工作提供有益參考。

1 Trimble DiNi03水準儀簡介和工作原理

1.1 Trimble DiNi03水準儀簡介

Trimle DiNi03水準儀是已經(jīng)過外業(yè)驗證的高精度水平測量儀器。其性能卓越、操作方便，使水準測量進入了數(shù)字化時代，極大地提高了生產(chǎn)效率；已被廣泛應用于工程測量、結(jié)構(gòu)沉降觀測以及高精度的水準網(wǎng)觀測中，且可提供精確可靠的數(shù)據(jù)和美觀的原始數(shù)據(jù)格式。

1.2 Trimle DiNi03水準儀的工作原理

Trimle DiNi03水準儀內(nèi)部采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，與照相機類似，首先拍攝銦瓦鋼尺上的條碼影像，并通過分光鏡分成兩束，一束傳到分劃板上供人觀測，另一束傳到CCD上[1]；然后在內(nèi)部通過光敏二極管感應轉(zhuǎn)化為電信號，電信號再通過經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出為數(shù)字信號；最后在主板的控制下，將拍攝的條碼信息與內(nèi)存中水準尺的條碼信息進行比較和計算[2]，處理后的信號一路存入PC卡，另一路輸出到液晶顯示器，從而完成整個測量過程。工作原理如圖1所示。Trimle DiNi03水準儀采用了目前先進的相關(guān)法量算系統(tǒng)，利用中絲上下兩邊各15 cm的間距計算視距和視線高。測量時，作業(yè)員將電子水準儀大概整平，對準銦瓦鋼尺條形碼，調(diào)節(jié)微動螺旋使視線水平，調(diào)焦望遠鏡清晰看到條形碼，按下測量鍵就會在顯示器上顯示距離和高差。每站觀測數(shù)據(jù)被自動記錄在自帶的內(nèi)存卡上，并根據(jù)設置好的限差自動檢校，觀測時地球彎曲差和大氣垂直折光差可設置為自動改正。

圖1 Trimle DiNi03水準儀工作原理圖

1.3 Trimle DiNi03水準儀的優(yōu)勢

1）讀數(shù)客觀。該儀器不存在誤讀、誤記問題，可保存測量數(shù)據(jù)R-M格式，也可既保存測量數(shù)據(jù)又保存計算數(shù)據(jù)RMC格式。

2）精度高。該儀器往返觀測每km的精度可達 0.3 mm。測量時距離和高差都進行了多次讀數(shù)取平均，減弱了銦瓦鋼尺分劃誤差的影響，同時削弱了外界條件的影響，使不熟悉測量專業(yè)的作業(yè)人員也能進行高精度水準測量。

3）可自動進行地球曲率和氣象改正。該儀器的補償精度在 15″，若超過傾斜范圍，則會出現(xiàn)警告信息，屏幕上的氣泡顯示不居中。

4）速度快。外業(yè)測量時，儀器整平后望遠鏡對準前后條碼尺自動進行記錄、檢校，無需觀測員再報數(shù)、記數(shù)和計算，可節(jié)省一個人員。該儀器既節(jié)省了現(xiàn)場計算的時間，又避免了人為的聽錯記錯數(shù)據(jù)，提高了外業(yè)觀測和搬站的速度[3]。

5）效率高。每個測站都能根據(jù)水準路線等級限差，設置自動提醒前后視距差是否超限、測站兩次讀數(shù)高差之差是否超限、前后視距累積差是否超限等，外業(yè)只需整平，調(diào)焦成像清晰后按下測量鍵，儀器即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動記錄、檢核與處理，實現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化，減輕了勞動強度。

6）操作方便。該儀器的主界面是寬大的圖形化液晶顯示屏，可方便輸入線路名、點名、點號以及代號信息等，操作方便、容易、直觀。

2 實例應用

東方國際項目位于鄭州市新區(qū)，西側(cè)為規(guī)劃道路新怡路，道路寬約為20 m，基坑邊到新怡路的距離為19.0 m，無重要監(jiān)測對象；東側(cè)、南側(cè)為空曠場地；北側(cè)為規(guī)劃道路站西二路，道路寬為8.5 m，基坑邊到站西二路的距離為13 m，無重要監(jiān)測對象。該地塊為商業(yè)綜合體項目，開發(fā)總面積約為15 131 m2，包括 11 898 m2的商業(yè)和辦公空間；分為地下3層，基坑開挖面積約為12 748 m2，基坑圍護周長約為484 m，挖深為11.0～13.0 m；地塊四周采用土釘+錨桿復合圍護，建設單位要求按一級基坑監(jiān)測。

為了保證監(jiān)測工作的統(tǒng)一性，監(jiān)測控制網(wǎng)基準點由甲方提供，以保持與設計階段成果的連續(xù)性。在基坑深度3倍范圍以外的區(qū)域設置3個水準基點，分別為大都路BM1、BM2以及北部BM3。

墻頂監(jiān)測點布置在圍護墻體的冠梁上，并接近一條直線，布點間距為20 m，基坑陽角處也有布點，墻頂 布置10個監(jiān)測點。標志采用￠14螺紋鋼置入冠梁， 露出地面10 mm并套絲，觀測時安裝棱鏡。圍護墻上每下降約6 m布設一個監(jiān)測點，每個斷面布設兩個監(jiān)測點，共布設2個斷面、12個監(jiān)測點，具體基坑監(jiān)測點和水準點位置如圖2所示。

圖2 基坑監(jiān)測點布置圖

項目采用二等水準觀測方法進行墻頂垂直位移監(jiān)測，以保證各項限差符合國家二等水準測量中關(guān)于數(shù)字水準儀的限差要求[4]。具體限差指標如表1所示。

表1 高程控制主要技術(shù)指標/mm

水準基準點數(shù)量應不少于3個，為避免受施工影響，水準基準點布設在基坑開挖深度3倍范圍以外的區(qū)域[5]。項目共布設3個水準、平面共用基準點，采用深埋式，標石形制如圖3所示，頂部釘帽上刻有細十字標志。具體位置為大都路BM1、BM2以及北部BM3。以二等水準等級觀測，采用直接閉合水準路線法測設，采用Trimle DiNi03水準儀配合2M銦瓦鋼尺水準尺，基準點高程采用甲方提供的施工高程引至BM1點，再由BM1點采用閉合水準測量法引至BM2、BM3點。結(jié)果表明，測量閉合誤差均小于2 mm。觀測時要求視距≤50 m，前后視距差≤1 m，任一測站上前后視距累積差≤3 m，0.55 m≤視線高≤1.80 m，重復觀測次數(shù)≥2次。確認觀測數(shù)據(jù)符合各項要求后，加入水準標尺長度改正、重力異常改正、環(huán)閉合差改正，由兩人分別獨立計算一份，并核對無誤。

圖3 監(jiān)測基準點剖面圖

墻頂垂直位移根據(jù)二等水準技術(shù)要求觀測，構(gòu)成閉合路線。墻體垂直位移采用全站儀一測回，同一點 本次高程減去上次高程，即為本次該點的沉降量； 本次高程減去初始值高程，即為本次該點的累積沉降量（或本次沉降量加上上次的累積量）。

研究區(qū)硅質(zhì)巖的化學成分以SiO2為主，含量為70.02×10-2～93.72×10-2，平均為82.12×10-2，其次為TFe2O3、Al2O3和MgO，含量分別為2.53×10-2～6.89×10-2、1.50×10-2～7.81×10-2和0.30×10-2～5.14×10-2，其余成分含量均很低(表2)。

式中，dhi為本次沉降量；Hi為本次高程；Hi-1為上次高程；Dhi為本次累積沉降量；H為初始值高程；Dhi-1為上次累積沉降量。

項目共布設4個水準、平面共用基準點（BM1、BM2、BM3、BM4），22個基坑圍護墻頂水平位移和垂直位移觀測點（W1、W2、…、W22），采用半球形不銹鋼螺釘嵌入水泥地面，BM點為普通水準標石埋入地下1 m?；鶞庶c高程采用甲方提供的施工高程引至BM1點，再由BM1點采用閉合水準測量法引至BM2、BM3、BM4點。這4個點組成閉合水準路線，由BM1點開始沿同一路線進行往返測，由于閉合水準路線起點和終點為同一個點，因此閉合水準路線測得的各段高差總和理論上應等于零。經(jīng)觀測，閉合差為0.11 mm，滿足規(guī)范要求。

每次監(jiān)測以BM1為起算點，聯(lián)測其余3個點以檢查基準點的穩(wěn)定性。觀測順序按照國家二等水準測量中數(shù)字水準儀的觀測要求進行，測段觀測站數(shù)為偶數(shù)站，返測時，前視尺子與后視尺子交換一下。

各沉降測點最終變化均以向下為主，范圍為0～ -183 mm。各點沉降量隨開挖深度的增加而逐漸變大。在整個監(jiān)測過程中，個別點出現(xiàn)了上下波動的現(xiàn)象，有些點已超出報警值，其中W7附近在底板形成前，該處正值道路施工，有強烈震動源，導致連續(xù)3 d出現(xiàn)報警值。由于及時向甲方和工程部監(jiān)理報告，采取了卸載本區(qū)域土體的措施，因此避免了塌方事故的發(fā)生。W7點的具體變化值和變化趨勢如圖4所示。

圖4 W7監(jiān)測點垂直位移曲線圖

3 儀器使用時的注意事項

1）I角值檢驗。作業(yè)第一周要每天檢驗一次 I角，特別是新儀器或在氣溫變化較大時必須進行校正。 I角穩(wěn)定后，每隔15 d再檢驗一次，這是由于Trimle DiNi03水準儀具有儲存測定視準線誤差并通過自帶軟件進行改正的功能，這將大大提高成果的可靠性和精度。

2）安置儀器時盡量將腳架架得寬一些，以增加儀器的穩(wěn)定性。若周圍障礙物多不允許腳架架得很寬，則可降低腳架高度以增加穩(wěn)定性。將儀器放在腳架盤中間位置并擰緊，腳架的螺旋應在中心位置。

3）由于儀器需要時間進行溫度修正，根據(jù)經(jīng)驗，為達到高精度測量要求，溫度修正應在規(guī)定時間內(nèi)調(diào)節(jié)到新的溫度，避免強光照射。

5）檢查視差。移動目鏡時，應保證目標點和十字絲沒有移動，若移動則必須重新對焦。例如，在視距為40 m時，觀測讀數(shù)與標準讀數(shù)的最大差值達到了 0.65 mm；在視距為30 m時，最大差值達到了0.4 mm， 這充分說明了調(diào)焦的準確性對讀數(shù)有明顯影響，且視距越大、調(diào)焦誤差越大，所產(chǎn)生的測量誤差可能越大。

6）在一般情況下，陰影干擾對測量結(jié)果的影響不大，但當陰影的灰度與標尺上條碼灰度相近時，特別是干涉條紋和編碼尺條碼的灰度相近時，儀器會自動中止測量，并提示“測量錯誤”。因此，在實際工作中，應盡量避免條紋狀陰影投射到標尺上。

7）儀器糾正能力差，當作業(yè)地面震動時，雖然可以測量（如基坑中空壓機工作、鉆機工作時），但特別容易造成測站數(shù)據(jù)超限，因此觀測時最好避開強震動。

8）儀器不能限制同一尺上的兩次中絲讀數(shù)差，即光學水準儀中的基輔分化讀數(shù)差，因此將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上轉(zhuǎn)化為規(guī)范規(guī)定的一、二等水準測量野外記錄手薄格式時應注意檢查這一項。

9）Trimle DiNi03水準儀自帶嚴密的平差功能，對于一條水準路線（或一個閉合環(huán)），平差方法主要是按距離定權(quán)分配閉合差，平差后的數(shù)據(jù)將覆蓋原來的數(shù)據(jù)并保存在PC卡上，因此在需要儀器自帶軟件平差時，應先把測量的原始數(shù)據(jù)傳輸出來備份一份。

10）電子水準儀雖然會自動記錄觀測數(shù)據(jù)，但一些其他的觀測條件數(shù)據(jù)也是必須記錄的，因此觀測員需要準備一個本子，外業(yè)測量時隨時記錄觀測的日期、開始時間、天氣情況、儀器型號以及前后尺的編號；測段名、開始點、結(jié)束點、對應的儀器內(nèi)的作業(yè)文件名；測量過程中發(fā)生的特殊情況以及處理辦法。記錄時應清晰、整潔，最好一頁只記一個測段。