山东科技大学泰山科技学院毕业设计（论文）浅析精密水准测量在工程变形监测中的应用学生姓名系（部）xxxxxxxxxxx专业工程测量指导教师2012年5月21日摘要工程变形监测的内容主要包括对各工程变形体进行的水平位移，垂直位移的监测。

对变形体进行偏移、倾斜、绕度、弯曲、扭转、裂缝等的测量，主要是指对所描述的变形体自身形变和位移的几何测量的监测。

采用工程变形的几何分在对精密水准测量的基础上，阐述了该项技术在变形监测中应用前景和地位。

在普通水准测量原理基础上，做出了更高精度的要求和严密施测程序。

如：往测奇数站采用观测后尺基本分划前尺基本分划前尺辅助分划后尺辅助分划，往测偶数站采用观测前尺基本分划后尺基本分划后尺辅助分划前尺辅助分划。

返测奇偶数测站的观测程序与往测偶奇数测站的程序相同。

视线长度一般在50m 以内，前后视距差小于1m，测段累计差小于3m ，视距读至1mm，基辅差读至0.1mm，基辅高差之差小于0.6mm。

实践证明，此项程序和精度要求完全符合变形监测应用。

析和变形的物理解释的方法有效确定了变形要素的变形过程，以预测其变形的趋势和将会带来的影响，从而使得能够高效安全施工运营。

关键词：水准测量变形监测数据分析精密测量目录前言 (1)第一章精密水准测量 (2)第一节精密水准仪和水准尺的主要特点 (2)第二节精密水准测量的主要误差来源及影响分析 (8)第三节水准测量的原理 (12)第四节精密水准测量的实施 (13)第二章精密水准测量在变形监测中的应用研究 (16)第一节变形监测的目的和意义 (16)第二节变形监测点的布设原则 (17)第三节监测内容和原则 (18)第四节监测频率的确定 (22)第五节监测结果的分析方法 (23)第三章结语 (30)参考文献 (31)致谢 (32)前言由于科学的发展，随着工程建筑物的规模越来越大，建筑物的结构和内部设施也愈来愈复杂。

为了保证大型精密设备的安全和正常运行，对测量的速度要求愈来愈快。

对于如何高效快速安全进行工程建设，变形监测这一技术开始登上了工程建设的舞台。

精密水准测量则是变形监测中重要的一部分，在变形监测的应用有着广阔的市场应用前景。

在精密水准测量技术的不断发展和完善为变形监测的应用和研究提供了有效的工具和手段。

通过工程变形的几何分析（参考点的稳定分析，观测值的平差处理和质量评定以及变形模型参数估计）和变形的物理解释（统计分析法，确定函数法和混合模型法）,为工程建设提供了工科学更严谨的监测资料。

科学，准确，及时的分析和预报工程及工程建构筑物的变形状况，对工程项目的施工和运营管理有着重要意义。

第一章精密水准测量第一节精密水准仪和水准尺的主要特点一、精密水准仪的构造特点对于精密水准测量的精度而言，除一些外界因素的影响外，观测仪器——水准仪在结构上的精确性与可靠性是具有重要意义的。

为此，对精密水准仪必须具备的一些条件提出下列要求。

1.高质量的望远镜光学系统为了在望远镜中能获得水准标尺上分划线的清晰影像，望远镜必须具有足够的放大倍率和较大的物镜孔径。

一般精密水准仪的放大倍率应大于40倍，物镜的孔径应大于50mm2.坚固稳定的仪器结构仪器的结构必须使视准轴与水准轴之间的联系相对稳定，不受外界条件的变化而改变它们之间的关系。

一般精密水准仪的主要构件均用特殊的合金钢制成，并在仪器上套有起隔热作用的防护罩。

3.高精度的测微器装置精密水准仪必须有光学测微器装置，借以精密测定小于水准标尺最小分划线间格值的尾数，从而提高在水准标尺上的读数精度。

一般精密水准仪的光学测微器可以读到0.lmm，估读到0.0lmm。

4.高灵敏的管水准器一般精密水准仪的管水准器的格值为10"/2mm。

由于水准器的灵敏度愈高，观测时要使水准器气泡迅速置中也就愈困难，为此，在精密水准仪上必须有倾斜螺旋（又称微倾螺旋）的装置，借以可以使视准轴与水准轴同时产生微量变化，从而使水准气泡较为容易地精确置中以达到视准轴的精确整平。

5.高性能的补偿器装置对于自动安平水准仪补偿元件的质量以及补偿器装置的精密度都可以影响补偿器性能的可靠性。

如果补偿器不能给出正确的补偿量，或是补偿不足，或是补偿过量，都会影响精密水准测量观测成果的精度。

我国水准仪系列按精度分类有S05型,S1型,S3型等。

S是“水”字的汉语拼音第一个字母,S后面的数字表示每公里往返平均高差的偶然中误差的毫米数。

二、精密水准标尺的构造特点水准标尺是测定高差的长度标准，如果水准标尺的长度有误差，则对精密水准测量的观测成果带来系统性质的误差影响，为此，对精密水准标尺提出如下要求：（1）当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或仅有微小的变化。

一般精密水准尺的分划是漆在因瓦合金带上，因瓦合金带则以一定的拉力引张在木质尺身的沟槽中，这样因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩变形影响。

水准标尺分划的数字是注记在因瓦合金带两旁的木质尺身上。

（2）水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。

水准标尺分划的偶然误差和系统误差的大小主要决定于分划刻度工艺的水平，当前精密水准标尺分划的偶然中误差一般在8～ll m。

由于精密水准标尺分划的系统误差可以通过水准标尺的平均每米真长加以改正，所以分划的偶然误差代表水准标尺分划的综合精度。

（3）水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。

一般精密水准标尺的木质尺身均应以经过特殊处理的优质木料制作。

为了避免水准标尺在使用中尺身底部磨损而改变尺身的长度，在水准标尺的底面必须钉有坚固耐磨的金属底板。

在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有一定重量的尺垫或尺桩上。

（4）在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。

在尺身上一般还应有扶尺环的装置，以便扶尺者使水准标尺稳定在垂直位置。

（5）为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调，一般精密水准标尺都为黑色线条分划，和浅黄色的尺面相配合，有利于观测时对水准标尺分划精确照准。

国产S1型精密水准仪Sl型精密水准仪是北京测绘仪器厂生产的。

仪器物镜的有效孔径为50mm，望远镜放大倍率为40倍，管状水准器格值为10"/2mm。

转动测微螺旋可使水平视线在10mm范围内作平移，测微器分划尺有100个分格，故测微器分划尺最小格值为0.1mm。

望远镜目镜视场中所看到的影像，视场左边是水准器的符合气泡影像，测微器读数显微镜在望远镜目镜的右下方。

国产S1型精密水准仪与分格值为5mm的精密水准标尺配套使用。

第二节水准测量的主要误差来源及影响分析一、水准测量误差分析水准测量误差有仪器误差、观测误差和外界条件的影响。

（一）仪器误差：水准仪在使用前应进行严格的检验，但由于检验不完善或其他方面的影响，使仪器存在残差。

例如水准管轴与视准轴不平行的残余误差，可采用等距离观测可以消除。

此外水准尺误差如尺长、弯曲、零点误差等，可采用前后视交替放置尺子，凑成偶数等方法加以消除。

（二）观测与操作者的误差：①水准管居中误差：水准管居中误差主要与水准管分划值及人眼的分辨率有关。

实践证明一般人判断气泡居中误差约为±0.15τ，采用符合水准器后，居中精度约提高一倍即：±0.15τ / 2，引起的读数②照准误差：照准误差与人眼的分辨能力、望远镜的放大率、视线长度有关。

照准误差为：，由此引起的读数误差为：，③估读误差：估读毫米数的误差与十字丝粗细、望远镜放大率、视线长度有关。

一般认为在100米内m估 = 1.2 mm。

④视差对读数的影响：⑤扶影响：由于扶尺不直引起读数变大。

其误差为：Δb = b′- b = b′( 1 –cosθ ),可见与尺上读数和倾角有关，当b′= 2.5 m，θ ＝2º时，Δb ＝ 1.5mm。

⑥水准仪与尺垫下沉和反弹误差：可采用“后－前－前－后”的观测顺序。

（三）外界环境的影响：①球差：p = D2 / 2R②气差：r = D2 /（2 × 7R）③球差和气差的联合影响：f = p – r = 0.43 D2 / R，故：hAB =（ a – b ）–（ f a – f b ）当D a = D b时，则：f a = f b ，即前后视距相等可消除地球曲率和大气折光对水准测量产生的误差影响。

1.仪器误差之一是水准仪的望远镜视准轴不平行于水准管轴所产生的误差仪器虽在测量前经过校正，仍会存在残余误差。

因此造成水准管气泡居中，水准管轴居于水平位置而望远镜视准轴却发生倾斜，致使读数误差。

这种误差与视距长度成正比。

观测时可通过中间法（前后视距相等）和距离补偿法（前视距离和等于后视距离总和）消除。

针对中间法在实际过程中的控制，立尺人是关键，通过应用普通皮尺测距离，之后立尺，简单易行。

而距离补偿法不仅繁琐，并且不容易掌握。

2.仪器误差之二是水准尺误差主要包含尺长误差（尺子长度不准确）、刻划误差（尺上的分划不均匀）和零点差（尺的零刻划位置不准确），对于较精密的水准测量，一般应选用尺长误差和刻划误差小的标尺。

尺的零误差的影响，控制方法可以通过在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用（在本测站用作后视尺，下测站则用为前视尺），并把测段站数目布设成偶数，即在高差中相互抵消。

同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。

3.观测误差之一是符合水准管气泡居中的误差由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。

读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，主要是水准管分划值τ的大小。

此外，读数误差与视线长度成正比。

水准管居中误差一般认为是0.1·τ，根据公式m居=0.1·τ·S/ρ，DS3级水准仪水准管的分划值一般为20″，视线长度S为75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm。

由此看来，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，与中间法一致，此误差可以消除。

4.观测误差之二是视差的影响当存在视差时，尺像不与十字丝平面重合，观测时眼睛所在的位置不同，读出的数也不同，因此，产生读数误差。

所以在每次读数前，控制方法就是要仔细进行物镜对光，消除视差。

5.观测误差之三是水准尺的倾斜误差水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正。

但是，如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不易察觉。

尺子倾斜总是使尺上读数增大。

它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小（即视线距地面的高度）有关。

尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。

所产生的读数误差为Δa=a（1-cosγ）。

当γ=3o，a=1.5m时，Δa=2mm，由此可以看出，此项影响是不可忽视的，通常我们立镜高度是1.7m, 则Δa=2.33mm，。