CN105841669B - 一种基于差分技术和可伸缩铟钢条码尺的精密水准测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于差分技术和可伸缩铟钢条码尺的精密水准测量方法，可伸缩铟钢条码尺包括内矩形钢管、外矩形钢管及螺旋销栓，内矩形钢管套设于外矩形钢管内，在外矩形钢管上设置所述的螺旋销栓，在外矩形钢管的前侧面上设有铟钢条码带、后侧面上设置有水准器。该可伸缩铟钢条码尺能够实现长度的伸缩，有利于运输和携带，并可适应不同高度的水准仪进行读数；在配合本发明的精密水准测量方法，可以有效消除铟钢条码尺的零点不同及可伸缩连接处带来的误差，在进行基坑沉降测量过程中可以满足并达到精密水准测量的技术要求，尤其在建筑物沉降观测中具有重大的应用价值，具有很好的经济和社会效益，值得推广应用。

Description

一种基于差分技术和可伸缩铟钢条码尺的精密水准测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于差分技术和可伸缩铟钢条码尺的精密水准测量方法，属于工程测量和大地测量技术领域。

背景技术

如今，高等级水准测量尤其是建筑物的沉降观测时，常采用精密水准仪和精密水准尺。国家规范规定国家三、四等水准测量采用2m或3m的木制区格式双面水准尺，国家一、二等水准测量必须采用3m铟钢尺(配精密光学水准仪)或2m(或3m)铟钢条码尺(配精密电子水准仪)。国家等级水准测量绝对不能采用塔尺或折尺。但是2m(或3m)的水准尺携带非常困难，目前很多测量单位尤其是做建筑物沉降观测的单位，为了运输一根2m(或3m)的水准尺，必须配备一部大长车，而用小车运输时，车内很难放得下2m(或3m)的水准尺，无法折叠或伸缩的水准尺给运输带来了许多不便，同时给单位带来了很大的经济损失。

中国专利文献CN204831279U公开了一种大楼沉降变形测量用铟钢尺，该铟钢尺包括铟钢尺本体、悬挂支架、第一伸缩支撑杆和第二伸缩支撑杆，悬挂支架固定在铟钢尺顶部，第一伸缩支撑杆和第二伸缩支撑杆的一端均铰接在铟钢尺尺体侧壁上，尺体侧壁上设有水准泡，尺体侧壁上固定有第一卡子和第二卡子，第一伸缩支撑杆和第二伸缩支撑杆的结构相同且均包括外空心杆、内实心杆和长度调节螺栓，外空心杆和内实心杆套接在一起，长度调节螺栓穿过外空心杆且端部顶在内实心杆的外表面上，外空心杆端部铰接在铟钢尺尺体的侧壁上。该铟钢尺提高了测量人员的安全性，提高了测量精度、节省了人力，但该铟钢尺无法实现自身长度的伸缩，仍然存在携带不便、运输困难的问题。

中国专利文献CN204575062U公开了一种带滑动式伸缩支腿的高精度铟钢尺，包括铟钢尺本体，铟钢尺本体背面设置有伸缩支腿，伸缩支腿包括套筒和套设于套筒内的圆管，套筒的上端固定于铟钢尺本体上，套筒的下端设置有旋钮，圆管的下端设置有支脚。该铟钢尺的伸缩支腿改善了外界条件对测量的影响，保证测量精度，使测量作业效率以及准确率大大提高，可实现对不平坦地面或山区崎岖不平的表面精确测量。但是该铟钢尺的改进位置在于铟钢尺的支撑结构，对于铟钢尺的本体没有改进，依然存在铟钢尺携带不便的问题。

目前还未见有关于铟钢尺本体伸缩方式的报道，市面上也不曾有伸缩式铟钢尺的出售。究其原因，在水准测量过程中，铟钢尺的精度是保证水准测量精度的关键因素之一，而采用长度可调节的铟钢尺，在利用现有方法进行水准测量时势必会存在伸缩连接处的误差带来的精度影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可伸缩的铟钢条码尺，并提出了一种新的精密水准测量的方法，利用可伸缩铟钢条码尺配合差分技术的观测方法可有效保证水准测量过程中的精度，达到精密水准测量的目的。

本发明的技术方案如下：

一种可伸缩铟钢条码尺，包括内矩形钢管、外矩形钢管及螺旋销栓，内矩形钢管套设于外矩形钢管内，在外矩形钢管上设置所述的螺旋销栓，在外矩形钢管的前侧面上设有铟钢条码带、后侧面上设置有水准器。

优选的，在外矩形钢管上设置3-5组所述的螺旋销栓，每组包括三个螺旋销栓，每组的三个螺旋销栓分布于外矩形钢管的同一水平截面上。此设计的优势在于，当内矩形钢管从外矩形钢管内伸出时，可通过三组螺旋销栓对内矩形钢管和外矩形钢管固定在一起。

优选的，每组的三个螺旋销栓按以下方式分布：在外矩形钢管的左右两侧对称设置两个螺旋销栓，在外矩形钢管的后侧面上设置一个螺旋销栓。

优选的，所述相邻两组的螺旋销栓的间距为200mm。

优选的，所述内矩形钢管和外矩形钢管的材质均为铝合金。

优选的，所述内矩形钢管的底部设有一基座，基座的表面积大于外矩形钢管的截面积。此设计的优势在于，在内矩形钢管的底部设一基座，有利于铟钢条码尺的摆放，增加铟钢条码尺测量过程中的稳定性。

优选的，所述基座选用一厚度为8mm的钢板。

一种基于差分技术和可伸缩铟钢条码尺的精密水准测量的方法，包括以下步骤，

(1)取两个可伸缩铟钢条码尺，分别进行编号为：①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺；

(2)求出两个可伸缩铟钢条码尺在水准点BM上的差分值：首先将①号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，水准仪读取其后视读数为a₁；然后将①号可伸缩铟钢条码尺移除，将②号可伸缩铟钢条码尺竖立在同一个BM点上，水准仪读取其前视读数为b₁，则BM点的高差为：h_BM＝a₁-b₁；当h_BM≠0时，h_BM即为①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺的综合差值(可伸缩铟钢条码尺零点误差和伸缩连接处的差值的综合影响值)，将此综合差值记为Δ₁₂，则：Δ₁₂＝a₁-b₁；

当首先将②号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，水准仪读取其后视读数为b₁；然后将②号可伸缩铟钢条码尺移除，将①号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，水准仪读取其前视读数为a₁，则BM点的高差为：h_BM＝b₁-a₁；当h_BM≠0时，h_BM即为②号可伸缩铟钢条码尺和①号可伸缩铟钢条码尺的综合差值(可伸缩铟钢条码尺零点误差和伸缩连接处的差值的综合影响值)，将此综合差值记为Δ₂₁，则：Δ₂₁＝b₁-a₁；

由于在观测过程中，只是①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺的观测顺序改变，其长度并没有改变，因此，Δ₂₁＝-Δ₁₂＝-(a₁-b₁)，将这一差值称为差分值；

(3)对基坑沉降进行测量：

第一测站：水准仪安置在BM点和CJ1点之间，将①号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，读取其后视读数为A₁，将②号可伸缩铟钢条码尺竖立在CJ1点上，读取其前视读数为B₁，第一测站的测量高差为：则第一测站的真实高差，即BM点至CJ1点的真实高差h₁为；

第二测站：将水准仪安置在CJ1点和CJ2点之间，并将BM点上的①号可伸缩铟钢条码尺竖立到CJ2点上，②号可伸缩铟钢条码尺仍然竖立在CJ1点上，对②号可伸缩铟钢条码尺读取其后视读数为A₂，对①号可伸缩铟钢条码尺读取其前视读数为B₂，第二测站的测量高差为：则第二测站的真实高差，即CJ1至CJ2点的真实高差为：

第三测站：将水准仪安置在CJ2点和CJ3点之间，并将CJ1点上的②号可伸缩铟钢条码尺竖立到CJ3点上，①号可伸缩铟钢条码尺仍然竖立在CJ2点上，对①号可伸缩铟钢条码尺读取其后视读数为A₃，对②号可伸缩铟钢条码尺读取其前视读数为B₃，第三测站的测量高差为：则第三测站的真实高差，即CJ2点至CJ3点的真实高差为：

第四测站：将水准仪安置在CJ3点和CJ4点之间，并将CJ2点上的①号可伸缩铟钢条码尺竖立到CJ4点上，②号可伸缩铟钢条码尺仍然竖立在CJ3点上，对②号可伸缩铟钢条码尺读取其后视读数为A₄，对①号可伸缩铟钢条码尺读取其前视读数为B₄，第四测站的测量高差为：则第四测站的真实高差，即CJ3点至CJ4点的真实高差为：

以此类推，将②号可伸缩铟钢条码尺和①号可伸缩铟钢条码尺交替放置在下一转点上，可以测出各段的高差；根据各段的高差和已知起始点BM点的高程，即可求出各沉降观测点的高程；当水准观测路线为闭合水准路线时，水准路线的闭合差等于各测段的高差之和，即：f_h＝∑h_i，(i＝1、2、3……n)

f_h＝∑h_i＝(A₁-B₁)-Δ₁₂+(A₂-B₂)+Δ₁₂+(A₃-B₃)-Δ₁₂+------+(A_n-B_n)+Δ₁₂ (5)

由公式(5)可知，当测量站i为偶数站时，Δ₁₂可以相互抵消，可伸缩铟钢条码尺零点和可伸缩铟钢条码尺连接处误差的综合影响对整个水准路线的闭合差没有影响；但对计算各观测点的高程有影响，并且在计算各测段高差时，奇数测量站减去Δ₁₂，偶数测量站加上Δ₁₂。由此可见，经过差分计算后的实测高差即为各测段的真实高差。

本发明的有益效果在于：

本发明可伸缩铟钢条码尺能够实现长度的伸长和缩短，方便长度调节，有利于运输和携带，同时可伸缩铟钢条码尺可以适应不同高度的水准仪进行读数；在配合本发明的精密水准测量方法，可以有效消除铟钢条码尺的零点不同及可伸缩连接处带来的误差，在进行基坑沉降测量过程中可以满足并达到精密水准测量的技术要求，尤其在建筑物沉降观测中具有重大的应用价值，给测量单位带来很好的经济和社会效益，具有很好的推广应用价值。本差分技术的水准测量方法还可对常规精密水准测量所采用的铟钢条码可伸缩铟钢条码尺的零点误差进行检验与校核，经过差分计算后，可进一步提高常规水准测量的观测精度。

附图说明

图1为本发明可伸缩铟钢条码尺伸长前的主视图；

图2为本发明可伸缩铟钢条码尺伸长后的主视图；

图3为本发明可伸缩铟钢条码尺的俯视图；

图4为利用本发明可伸缩铟钢条码尺进行基坑沉降测量时的原理图。

其中：1、铟钢条码带；2、内矩形钢管；3、外矩形钢管；4、螺旋销栓；5、基座；6、圆气泡；7、扶手。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图3所示，一种可伸缩铟钢条码尺，包括内矩形钢管2、外矩形钢管3及螺旋销栓4，内矩形钢管2套设于外矩形钢管3内，在外矩形钢管3上设置所述的螺旋销栓4，在外矩形钢管3的前侧面上设有铟钢条码带1、后侧面上设置有圆水准器，通过圆水准器内的圆气泡6进行可伸缩铟钢条码尺垂直位置调节。本发明可伸缩铟钢条码尺，利用套装在一起的内矩形钢管和外矩形钢管实现铟钢条码尺长度的伸缩，同时利用螺旋销栓固定伸出后的内矩形钢管来保持铟钢条码尺的稳定性，有效保证测量过程中精度。

实施例中内矩形钢管2和外矩形钢管3的材质均为铝合金。外矩形钢管的长为1000mm、宽为85mm、厚为40mm；内矩形钢管的长为980mm、宽为80mm、厚为35mm。

在外矩形钢管3上设置三组所述的螺旋销栓4，每组包括三个螺旋销栓4，每组的三个螺旋销栓分布于外矩形钢管3的同一水平截面上。每组的三个螺旋销栓按以下方式分布：两个螺旋销栓对称设置在外矩形钢管3的左右两侧，第三个螺旋销栓设置在外矩形钢管3的后侧面上。外矩形钢管3和内矩形钢管2上均设有孔，螺旋销栓4穿孔而过将外矩形钢管3和内矩形钢管2连接在一起，当内矩形钢管2要从外矩形钢管3内伸出时，向外拧出螺旋销栓4，然后向下拉出内矩形钢管2，当调整好长度后，再向里拧进螺旋销栓4，使内矩形钢管2和外矩形钢管3固定连接在一起，通过三组螺旋销栓4对内矩形钢管2和外矩形钢管3固定在一起能够提高连接的稳定性。

相邻两组的螺旋销栓的间距为200mm。每间隔20cm形成一个销栓断面，内矩形钢管从外矩形钢管内伸缩时，或以任意长度伸缩，但确保测量过程中不再有变动。

本实施例提供的可伸缩铟钢条码尺，由内矩形钢管和外矩形钢管相互配套组成，其长度仅为现有铟钢条码尺长度的一半左右，方便携带，收缩后很容易放进小轿车后备箱内，无需单独准备面包车等较大运输工具，大大节约了经济成本；同时，当内矩形钢管从外矩形钢管内伸出时，其整体长度又可与现有铟钢条码尺一样来满足测量要求。

实施例2：

一种可伸缩铟钢条码尺，结构如实施例1所述，其不同之处在于：外矩形钢管的长为1500mm，内矩形钢管的长为1480mm。在外矩形钢管3上设置五组所述的螺旋销栓4，每组包括三个螺旋销栓4。当内矩形钢管和外矩形钢管的长度较长时，可以增设螺旋销栓组，以此来增加伸长后连接的稳定性。

实施例3：

一种可伸缩铟钢条码尺，结构如实施例1所述，其不同之处在于：在内矩形钢管2的底部设有一基座5，基座5选用一厚度为8mm的钢板，基座5的表面积大于外矩形钢管3的截面积。在内矩形钢管2的底部设一基座5，有利于铟钢条码尺的摆放，增加铟钢条码尺测量过程中的稳定性。

另外，内矩形钢管2和外矩形钢管3的后侧面成梯形凹槽设置，在梯形凹槽的两个侧壁上设置有扶手7。此设计的好处在于，当进行水准测量时，扶手7便于操作者抓扶铟钢条码尺。

实施例4：

一种利用实施例3所述的可伸缩铟钢条码尺并结合差分技术对基坑沉降进行精密水准测量的方法，具体步骤如下：

(1)取两个可伸缩铟钢条码尺，分别进行编号为：①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺；

(2)求出两个可伸缩铟钢条码尺在水准点BM上的差分值：首先将①号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，水准仪读取其后视读数为a₁；然后将①号可伸缩铟钢条码尺移除，将②号可伸缩铟钢条码尺竖立在同一个BM点上，水准仪读取其前视读数为b₁，则BM点的高差为：h_BM＝a₁-b₁；理论上水准点BM的高差应为零，但当h_BM≠0时，h_BM即为①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺的综合差值(可伸缩铟钢条码尺零点误差和伸缩连接处的差值的综合影响值)，将此综合差值记为Δ₁₂，则：Δ₁₂＝a₁-b₁；

当首先将②号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，水准仪读取其后视读数为b₁；然后将②号可伸缩铟钢条码尺移除，将①号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，水准仪读取其前视读数为a₁，则BM点的高差为：h_BM＝b₁-a₁；当h_BM≠0时，h_BM即为②号可伸缩铟钢条码尺和①号可伸缩铟钢条码尺的综合差值(可伸缩铟钢条码尺零点误差和伸缩连接处的差值的综合影响值)，将此综合差值记为Δ₂₁，则：Δ₂₁＝b₁-a₁；

由于在观测过程中，只是①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺的观测顺序改变，其长度并没有改变(①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺在整个测量过程中伸缩固定后，不能在进行第二次调整)，因此，Δ₂₁＝-Δ₁₂＝-(a₁-b₁)，将这一差值称为差分值；

(3)对基坑沉降进行测量：

第一测站：水准仪安置在BM点和CJ1点之间，将①号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，读取其后视读数为A₁，将②号可伸缩铟钢条码尺竖立在CJ1点上，读取其前视读数为B₁，第一测站的测量高差为：则第一测站的真实高差，即BM点至CJ1点的真实高差h₁为：

第二测站：将水准仪安置在CJ1点和CJ2点之间，并将BM点上的①号可伸缩铟钢条码尺竖立到CJ2点上，②号可伸缩铟钢条码尺仍然竖立在CJ1点上，对②号可伸缩铟钢条码尺读取其后视读数为A₂，对①号可伸缩铟钢条码尺读取其前视读数为B₂，第二测站的测量高差为：则第二测站的真实高差，即CJ1至CJ2点的真实高差为：

第三测站：将水准仪安置在CJ2点和CJ3点之间，并将CJ1点上的②号可伸缩铟钢条码尺竖立到CJ3点上，①号可伸缩铟钢条码尺仍然竖立在CJ2点上，对①号可伸缩铟钢条码尺读取其后视读数为A₃，对②号可伸缩铟钢条码尺读取其前视读数为B₃，第三测站的测量高差为：则第三测站的真实高差，即CJ2点至CJ3点的真实高差为：

第四测站：将水准仪安置在CJ3点和CJ4点之间，并将CJ2点上的①号可伸缩铟钢条码尺竖立到CJ4点上，②号可伸缩铟钢条码尺仍然竖立在CJ3点上，对②号可伸缩铟钢条码尺读取其后视读数为A₄，对①号可伸缩铟钢条码尺读取其前视读数为B₄，第四测站的测量高差为：则第四测站的真实高差，即CJ3点至CJ4点的真实高差为：

以此类推，将②号可伸缩铟钢条码尺和①号可伸缩铟钢条码尺交替放置在下一转点上，可以测出各段的高差；根据各段的高差和已知起始点BM点的高程，即可求出各沉降观测点的高程；当水准观测路线为闭合水准路线时，水准路线的闭合差等于各测段的高差之和，即：f_h＝∑h_i，(i＝1、2、3……n)

f_h＝∑h_i＝(A₁-B₁)-Δ₁₂+(A₂-B₂)+Δ₁₂+(A₃-B₃)-Δ₁₂+-----+(A_n-B_n)+Δ₁₂ (5)

由公式(5)可知，当测量站i为偶数站时，Δ₁₂可以相互抵消，可伸缩铟钢条码尺零点和可伸缩铟钢条码尺连接处误差的综合影响对整个水准路线的闭合差没有影响；但对计算各观测点的高程有影响，并且在计算各测段高差时，奇数测量站减去Δ₁₂，偶数测量站加上Δ₁₂即可获得各测段的真实高差。

Claims (7)

1.一种基于差分技术和可伸缩铟钢条码尺的精密水准测量的方法，所述可伸缩铟钢条码尺包括内矩形钢管、外矩形钢管及螺旋销栓，内矩形钢管套设于外矩形钢管内，在外矩形钢管上设置所述的螺旋销栓，在外矩形钢管的前侧面上设有铟钢条码带、后侧面上设置有水准器；其特征在于，包括以下步骤，

（1）取两个可伸缩铟钢条码尺，分别进行编号为：①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺；

（2）求出两个可伸缩铟钢条码尺在水准点BM上的差分值：首先将①号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，水准仪读取其后视读数为；然后将①号可伸缩铟钢条码尺移除，将②号可伸缩铟钢条码尺竖立在同一个BM点上，水准仪读取其前视读数为，则BM点的高差为：；当≠0时，即为①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺的综合差值，将此综合差值记为，则：；

当首先将②号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，水准仪读取其后视读数为；然后将②号可伸缩铟钢条码尺移除，将①号可伸缩铟钢条码尺竖立在同一个BM点上，水准仪读取其前视读数为，则BM点的高差为：；当≠0时，即为②号可伸缩铟钢条码尺和①号可伸缩铟钢条码尺的综合差值，将此综合差值记为，则：；

由于在观测过程中，只是①号可伸缩铟钢条码尺和②号可伸缩铟钢条码尺的观测顺序改变，其长度并没有改变，因此，，将这一差值称为差分值；

（3）对基坑沉降进行测量：

第一测站：水准仪安置在BM点和CJ1点之间，将①号可伸缩铟钢条码尺竖立在BM点上，读取其后视读数为，将②号可伸缩铟钢条码尺竖立在CJ1点上，读取其前视读数为，第一测站的测量高差为：，则第一测站的真实高差，即BM点至CJ1点的真实高差为：

(1)

第二测站：将水准仪安置在CJ1点和CJ2点之间，并将BM点上的①号可伸缩铟钢条码尺竖立到CJ2点上，②号可伸缩铟钢条码尺仍然竖立在CJ1点上，对②号可伸缩铟钢条码尺读取其后视读数为，对①号可伸缩铟钢条码尺读取其前视读数为，第二测站的测量高差为：=-，则第二测站的真实高差，即CJ1至CJ2点的真实高差为：

(2)

第三测站：将水准仪安置在CJ2点和CJ3点之间，并将CJ1点上的②号可伸缩铟钢条码尺竖立到CJ3点上，①号可伸缩铟钢条码尺仍然竖立在CJ2点上，对①号可伸缩铟钢条码尺读取其后视读数为，对②号可伸缩铟钢条码尺读取其前视读数为，第三测站的测量高差为：，则第三测站的真实高差，即CJ2点至CJ3点的真实高差为：

(3)

第四测站：将水准仪安置在CJ3点和CJ4点之间，并将CJ2点上的①号可伸缩铟钢条码尺竖立到CJ4点上，②号可伸缩铟钢条码尺仍然竖立在CJ3点上，对②号可伸缩铟钢条码尺读取其后视读数为，对①号可伸缩铟钢条码尺读取其前视读数为，第四测站的测量高差为：，则第四测站的真实高差，即CJ3点至CJ4点的真实高差为：

(4)

┆

以此类推，将②号可伸缩铟钢条码尺和①号可伸缩铟钢条码尺交替放置在下一转点上，可以测出各段的高差；根据各段的高差和已知起始点BM点的高程，即可求出各沉降观测点的高程；当水准观测路线为闭合水准路线时，水准路线的闭合差等于各测段的高差之和，即：，（=1、2、3……n）

┈┈ (5)

由公式（5）可知，当测量站为偶数站时，可以相互抵消，可伸缩铟钢条码尺零点和可伸缩铟钢条码尺连接处误差的综合影响对整个水准路线的闭合差没有影响；但对计算各观测点的高程有影响，并且在计算各测段高差时，奇数测量站减去，偶数测量站加上。

2.如权利要求1所述的精密水准测量的方法，其特征在于，在外矩形钢管上设置3-5组所述的螺旋销栓，每组包括三个螺旋销栓，每组的三个螺旋销栓分布于外矩形钢管的同一水平截面上。

3.如权利要求2所述的精密水准测量的方法，其特征在于，每组的三个螺旋销栓按以下方式分布：在外矩形钢管的左右两侧对称设置两个螺旋销栓，在外矩形钢管的后侧面上设置一个螺旋销栓。

4.如权利要求2所述的精密水准测量的方法，其特征在于，所述相邻两组的螺旋销栓的间距为200mm。

5.如权利要求1所述的精密水准测量的方法，其特征在于，所述内矩形钢管和外矩形钢管的材质均为铝合金。

6.如权利要求1所述的精密水准测量的方法，其特征在于，所述内矩形钢管的底部设有一基座，基座的表面积大于外矩形钢管的截面积。

7.如权利要求6所述的精密水准测量的方法，其特征在于，所述基座选用一厚度为8mm的钢板。