崔明军，刘平利

（ 1.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队，河南 郑州 450001；2.河南省地质调查院 河南省城市地质工程技术研究中心，河南 郑州 450001）

随着城市化进程的不断推进，各城市工程项目不断增加，作业难度也不断增大，建筑物高度越来越高，城市立体化发展工程越来越多，这就要求广大测绘工作者提供更加优质、高效的测绘保障。电子水准仪具有精度高、使用方便、快速可靠等特点，可广泛应用于大面积场地测量、楼面水平线标志测量、形变与沉降观测等领域。本文根据Trimle DiNi03水准仪的特点，总结了工作中的经验，以期为后续工作提供有益参考。

1 Trimble DiNi03水准仪简介和工作原理

1.1 Trimble DiNi03水准仪简介

Trimle DiNi03水准仪是已经过外业验证的高精度水平测量仪器。其性能卓越、操作方便，使水准测量进入了数字化时代，极大地提高了生产效率；已被广泛应用于工程测量、结构沉降观测以及高精度的水准网观测中，且可提供精确可靠的数据和美观的原始数据格式。

1.2 Trimle DiNi03水准仪的工作原理

Trimle DiNi03水准仪内部采用数字图像处理技术，与照相机类似，首先拍摄铟瓦钢尺上的条码影像，并通过分光镜分成两束，一束传到分划板上供人观测，另一束传到CCD上[1]；然后在内部通过光敏二极管感应转化为电信号，电信号再通过经模数转换输出为数字信号；最后在主板的控制下，将拍摄的条码信息与内存中水准尺的条码信息进行比较和计算[2]，处理后的信号一路存入PC卡，另一路输出到液晶显示器，从而完成整个测量过程。工作原理如图1所示。Trimle DiNi03水准仪采用了目前先进的相关法量算系统，利用中丝上下两边各15 cm的间距计算视距和视线高。测量时，作业员将电子水准仪大概整平，对准铟瓦钢尺条形码，调节微动螺旋使视线水平，调焦望远镜清晰看到条形码，按下测量键就会在显示器上显示距离和高差。每站观测数据被自动记录在自带的内存卡上，并根据设置好的限差自动检校，观测时地球弯曲差和大气垂直折光差可设置为自动改正。

图1 Trimle DiNi03水准仪工作原理图

1.3 Trimle DiNi03水准仪的优势

1）读数客观。该仪器不存在误读、误记问题，可保存测量数据R-M格式，也可既保存测量数据又保存计算数据RMC格式。

2）精度高。该仪器往返观测每km的精度可达 0.3 mm。测量时距离和高差都进行了多次读数取平均，减弱了铟瓦钢尺分划误差的影响，同时削弱了外界条件的影响，使不熟悉测量专业的作业人员也能进行高精度水准测量。

3）可自动进行地球曲率和气象改正。该仪器的补偿精度在 15″，若超过倾斜范围，则会出现警告信息，屏幕上的气泡显示不居中。

4）速度快。外业测量时，仪器整平后望远镜对准前后条码尺自动进行记录、检校，无需观测员再报数、记数和计算，可节省一个人员。该仪器既节省了现场计算的时间，又避免了人为的听错记错数据，提高了外业观测和搬站的速度[3]。

5）效率高。每个测站都能根据水准路线等级限差，设置自动提醒前后视距差是否超限、测站两次读数高差之差是否超限、前后视距累积差是否超限等，外业只需整平，调焦成像清晰后按下测量键，仪器即可实现数据的自动记录、检核与处理，实现了内外业一体化，减轻了劳动强度。

6）操作方便。该仪器的主界面是宽大的图形化液晶显示屏，可方便输入线路名、点名、点号以及代号信息等，操作方便、容易、直观。

2 实例应用

东方国际项目位于郑州市新区，西侧为规划道路新怡路，道路宽约为20 m，基坑边到新怡路的距离为19.0 m，无重要监测对象；东侧、南侧为空旷场地；北侧为规划道路站西二路，道路宽为8.5 m，基坑边到站西二路的距离为13 m，无重要监测对象。该地块为商业综合体项目，开发总面积约为15 131 m2，包括 11 898 m2的商业和办公空间；分为地下3层，基坑开挖面积约为12 748 m2，基坑围护周长约为484 m，挖深为11.0～13.0 m；地块四周采用土钉+锚杆复合围护，建设单位要求按一级基坑监测。

为了保证监测工作的统一性，监测控制网基准点由甲方提供，以保持与设计阶段成果的连续性。在基坑深度3倍范围以外的区域设置3个水准基点，分别为大都路BM1、BM2以及北部BM3。

墙顶监测点布置在围护墙体的冠梁上，并接近一条直线，布点间距为20 m，基坑阳角处也有布点，墙顶 布置10个监测点。标志采用￠14螺纹钢置入冠梁， 露出地面10 mm并套丝，观测时安装棱镜。围护墙上每下降约6 m布设一个监测点，每个断面布设两个监测点，共布设2个断面、12个监测点，具体基坑监测点和水准点位置如图2所示。

图2 基坑监测点布置图

项目采用二等水准观测方法进行墙顶垂直位移监测，以保证各项限差符合国家二等水准测量中关于数字水准仪的限差要求[4]。具体限差指标如表1所示。

表1 高程控制主要技术指标/mm

水准基准点数量应不少于3个，为避免受施工影响，水准基准点布设在基坑开挖深度3倍范围以外的区域[5]。项目共布设3个水准、平面共用基准点，采用深埋式，标石形制如图3所示，顶部钉帽上刻有细十字标志。具体位置为大都路BM1、BM2以及北部BM3。以二等水准等级观测，采用直接闭合水准路线法测设，采用Trimle DiNi03水准仪配合2M铟瓦钢尺水准尺，基准点高程采用甲方提供的施工高程引至BM1点，再由BM1点采用闭合水准测量法引至BM2、BM3点。结果表明，测量闭合误差均小于2 mm。观测时要求视距≤50 m，前后视距差≤1 m，任一测站上前后视距累积差≤3 m，0.55 m≤视线高≤1.80 m，重复观测次数≥2次。确认观测数据符合各项要求后，加入水准标尺长度改正、重力异常改正、环闭合差改正，由两人分别独立计算一份，并核对无误。

图3 监测基准点剖面图

墙顶垂直位移根据二等水准技术要求观测，构成闭合路线。墙体垂直位移采用全站仪一测回，同一点 本次高程减去上次高程，即为本次该点的沉降量； 本次高程减去初始值高程，即为本次该点的累积沉降量（或本次沉降量加上上次的累积量）。

研究区硅质岩的化学成分以SiO2为主，含量为70.02×10-2～93.72×10-2，平均为82.12×10-2，其次为TFe2O3、Al2O3和MgO，含量分别为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为本次沉降量；Hi为本次高程；Hi-1为上次高程；Dhi为本次累积沉降量；H为初始值高程；Dhi-1为上次累积沉降量。

项目共布设4个水准、平面共用基准点（BM1、BM2、BM3、BM4），22个基坑围护墙顶水平位移和垂直位移观测点（W1、W2、…、W22），采用半球形不锈钢螺钉嵌入水泥地面，BM点为普通水准标石埋入地下1 m。基准点高程采用甲方提供的施工高程引至BM1点，再由BM1点采用闭合水准测量法引至BM2、BM3、BM4点。这4个点组成闭合水准路线，由BM1点开始沿同一路线进行往返测，由于闭合水准路线起点和终点为同一个点，因此闭合水准路线测得的各段高差总和理论上应等于零。经观测，闭合差为0.11 mm，满足规范要求。

每次监测以BM1为起算点，联测其余3个点以检查基准点的稳定性。观测顺序按照国家二等水准测量中数字水准仪的观测要求进行，测段观测站数为偶数站，返测时，前视尺子与后视尺子交换一下。

各沉降测点最终变化均以向下为主，范围为0～ -183 mm。各点沉降量随开挖深度的增加而逐渐变大。在整个监测过程中，个别点出现了上下波动的现象，有些点已超出报警值，其中W7附近在底板形成前，该处正值道路施工，有强烈震动源，导致连续3 d出现报警值。由于及时向甲方和工程部监理报告，采取了卸载本区域土体的措施，因此避免了塌方事故的发生。W7点的具体变化值和变化趋势如图4所示。

图4 W7监测点垂直位移曲线图

3 仪器使用时的注意事项

1）I角值检验。作业第一周要每天检验一次 I角，特别是新仪器或在气温变化较大时必须进行校正。 I角稳定后，每隔15 d再检验一次，这是由于Trimle DiNi03水准仪具有储存测定视准线误差并通过自带软件进行改正的功能，这将大大提高成果的可靠性和精度。

2）安置仪器时尽量将脚架架得宽一些，以增加仪器的稳定性。若周围障碍物多不允许脚架架得很宽，则可降低脚架高度以增加稳定性。将仪器放在脚架盘中间位置并拧紧，脚架的螺旋应在中心位置。

3）由于仪器需要时间进行温度修正，根据经验，为达到高精度测量要求，温度修正应在规定时间内调节到新的温度，避免强光照射。

5）检查视差。移动目镜时，应保证目标点和十字丝没有移动，若移动则必须重新对焦。例如，在视距为40 m时，观测读数与标准读数的最大差值达到了 0.65 mm；在视距为30 m时，最大差值达到了0.4 mm， 这充分说明了调焦的准确性对读数有明显影响，且视距越大、调焦误差越大，所产生的测量误差可能越大。

6）在一般情况下，阴影干扰对测量结果的影响不大，但当阴影的灰度与标尺上条码灰度相近时，特别是干涉条纹和编码尺条码的灰度相近时，仪器会自动中止测量，并提示“测量错误”。因此，在实际工作中，应尽量避免条纹状阴影投射到标尺上。

7）仪器纠正能力差，当作业地面震动时，虽然可以测量（如基坑中空压机工作、钻机工作时），但特别容易造成测站数据超限，因此观测时最好避开强震动。

8）仪器不能限制同一尺上的两次中丝读数差，即光学水准仪中的基辅分化读数差，因此将数据传输到电脑上转化为规范规定的一、二等水准测量野外记录手薄格式时应注意检查这一项。

9）Trimle DiNi03水准仪自带严密的平差功能，对于一条水准路线（或一个闭合环），平差方法主要是按距离定权分配闭合差，平差后的数据将覆盖原来的数据并保存在PC卡上，因此在需要仪器自带软件平差时，应先把测量的原始数据传输出来备份一份。

10）电子水准仪虽然会自动记录观测数据，但一些其他的观测条件数据也是必须记录的，因此观测员需要准备一个本子，外业测量时随时记录观测的日期、开始时间、天气情况、仪器型号以及前后尺的编号；测段名、开始点、结束点、对应的仪器内的作业文件名；测量过程中发生的特殊情况以及处理办法。记录时应清晰、整洁，最好一页只记一个测段。