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电子水准仪在特殊地段的一、二等水准测量技术探讨

作者：杨新志

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2013年第11期

摘要：杭州湾跨海大桥全长约36km，桥墩大部分处于海中和滩涂区，自然条件恶劣，受潮汐影响大，一般都存在4级风以上的自然风，且车流量大，整座桥梁处于动态中，给运营监测的水准测量工作造成很大的影响，这篇文章就是关于特殊地段的水准测量方法的探讨和总结，为类似外界环境的测量工作提供参考和依据。

关键词：杭州湾跨海大桥运营监测 特殊地段 水准测量 电子水准仪 条码尺子 1 电子水准仪的特点和原理

几何水准测量是传递高程精度最高的方法，随着电子水准仪的研制成功，大大缩短了外业的劳动强度，不熟练的作业人员也能进行高精度的测量工作，同时也加快了作业进度。它与传统的水准仪相比有读度数准确、自动记录、精度高、速度快、效率高的优点。

电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。它采用条码标尺，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准标尺和调焦仍需目视进行。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分化板上，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（又称探测器）上，即线阵CCD器件上，供电子读数。

2 影响电子仪器工作的外界因素和应对措施

高精度的外业观测过程中，经常遇到特殊地段的水准观测，测量电子仪器在观测中往往会受到振动、光照、温度、距离、地质条件和仪器自身误差的影响。经常造成成果精度超限或者测站反复重测，在此就对各种因素的制约原因进行分析研究，进一步提高测量人员在野外的工作效率。

2.1 振动 振动主要分为：潮汐、过往车辆、大风对仪器造成的振动影响，且难以避免，直接影响水准作业的继续。

2.1.1 潮汐：当水波遇到界面时，如墩子，会从边界上反射回来，形成一列向岸外传出的水波，与向岸内传来的水波重叠。当潮汐遇到墩子时，海水会在深度变浅时走得较慢，落在海水较深处的后面。其结果是水波向浅水弯曲。这就是人们熟知的河床冲刷，造成整个桥面及上面载体发生前后、左右、轻微而不间断地抖动。

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措施：为了确保成果精度，应避免在涨潮或退潮的时间段作业。当潮汐低于1m，并需要作业时，仪器架设高度应处于110～120cm之间，三角架的架腿呈正三角锥形状，且两个架腿垂直于潮汐方向，增强仪器的稳定性。转点的选取尽量避免采用尺垫，应使用路旁应急车道的减速带，使仪器、条码尺、转点三者的振动频率和桥面的频率保持一致。

2.1.2 车辆行驶：桥面车流量较大，重型大货车较多，且车速很快，车辆行驶过程中，会产生振幅较小，频率较高的纵波，它属于推进波，类似地震，使桥面发生上下的抖动。 措施：尽量避免在车流高峰期作业。当车流量较小且趋于稳定时，仪器架设高度应处于100～110cm之间，三角架的架腿呈正三角锥形状，且两个架腿平行于车辆行驶方向，增强仪器的稳定性。同时要求仪器观测人员，头脑灵活，高效率作业，能做到根据车辆的密度和行驶的距离，随时架设仪器，适时按仪器测量键读数；能避免在路面的伸缩缝处架设仪器或设置转点；当仪器反复不读数时，先检查仪器的水准气泡，重新调焦距消除视差或重复当前测站的观测，当水准气泡超限时及时调整。

2.1.3 大风：当风力超过4级，条码尺和仪器会在风力的作业下产生出轻微的晃动，这在高精度的水准测量中，是严重影响仪器的精度和安全的。

措施：尽量避免在6级大风的环境作业。当仪器处于6级风以下的环境作业时，仪器架设高度应处于90～110cm之间，三角架的架腿呈正三角锥形状，且两个架腿位于顺风方向，增强仪器的抗风能力和稳定性。避免仪器晃动甚至摔倒，仪器操作人员和立条码尺的人员应穿紧身衣裤，精力高度集中，当水准气泡超限时及时调整重测。

2.2 光线 由于电子水准仪是利用对条码尺影像的探测和对比而获取读数的，因而光线对探测的影响也是很大的。

2.2.1 光线悬殊：清早或傍晚太阳高度较低，造成一个尺子处于光照之下，另一个尺子处于背光之下，影响仪器的读数。或者中午太阳高度较高，一个尺子处于太阳直射之下，另一个尺子处于背阴之下，同样会影响仪器的度数。

措施：尽量避免尺子在光线差异较大的位置设置转点。当处于光线差异较大的环境时，仪器操作人员尽量把仪器架设在光线较好的位置，避免在背光或阴影下架设仪器。立条码尺子的人员应根据自己位置的光线强弱，调整尺面与仪器的关系，当尺子位于光线较强的位置时，尺面应正对仪器，保持尺面上只有强光线而没有阴影；当位于光线较弱的位置时，尺面正对仪器后，向背光面旋转3-5度，保持尺面上只有弱光线或者只有阴影，从而避免仪器产生出悬殊效应而不读数。

2.2.2 逆光：当逆光观测时，阳光直射到望远镜内，造成光线过载，视野白茫茫一片，反复调焦距仍然不清晰，造成仪器停止读数。

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措施：在逆光环境作业时，仪器镜头应当佩戴遮阳罩，逆光光线较强烈时，必须打伞遮住仪器，这样也可以控制住光照对仪器i角的影响。在仪器出现不读数情况时，仪器操作人员及时打手势指令，立条码尺人员配合手势，略微旋转标尺，即可读数。

2.3 距离 水准规范对各个等级的视距均有相对应的要求。当诸多因素制约仪器正常工作时，应在规范要求的前提下，适当的缩短视距的大小，以降低外界因素对仪器的影响。 2.4 地质条件 当前进线路遇到沙漠、泥沼、草地、山地等复杂环境时，对仪器和转点的影响很大，严重的影响到观测结果的精度，必要时应在观测之前先设置好转点。复杂环境对于仪器架设地点和转点的选取要求很高，尽量选择在地质稳定，且土壤含有机质较少的地方，避免选择在水边，淤泥、草坪、以及石头棱角等处。

2.5 仪器自身的误差 仪器自身的误差主要是：i角的误差、条码尺子0刻度损耗误差和水准气泡误差。

因此在线路观测前，先对仪器的i角进行自检，保证仪器的精度。在同一水准点上观测不同条码尺的读数差。在同一位置观测同一条码尺子前后左右的0刻度损耗误差。用经纬仪检查条码尺子的圆水准气泡是否超限。自检完毕后分别记录备案，避免仪器自身误差超限或损耗差值较大的仪器进行线路观测。

总结：特殊地段进行水准线路测量时，尽量避免各种因素的影响和制约。在水准线路测量中当出现各个因素制约的情况时，作业队长应积极沟通、分析不利因素的主次关系，在特殊地段采取非常规测量的技术，能有效避免出现测错或重测等现象，不但能提高作业效率，而且还能保证测量成果的精度。 参考文献：

[1]测量学（第四版）.北京建筑工业出版社.

[2]国家一、二等水准测量规范（GB 12897-2006）.中国标准出版社. [3]李琛.电子水准仪器的基本原理及应用[J].价值工程，2013（23）.