1、本科毕业论文（20 届）电子水准仪在道路沉降监测中的应用所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期开题报告2014 年 4 月 11 日论文（设计）题目：电子水准仪在道路沉降监测中的应用姓名 年级 2011 级 所在院系 资源工程学院专业 测绘工程 指导教师开展本课题的意义及工作内容：意义：近 年 来 ， 经 济 的 快 速 发 展 以 及 城 市 的 大 规 模 建 设 。 许 多 交 通 线 路 如 高 速 、 高 铁 逐渐 建 设 和 使 用 。 但 是 ， 由 于 人 为 因 素 或 自 然 因 素 ， 这 些 线 路 或 者 边 坡 产 生 了 一 定 程 度 的 沉 降 。
2、特 别 是 道 路 的 沉 降 。 道 路 沉 降 不 仅 会 导 致 交 通 运 输 的 无 法 运 行 ， 严 重 的 还 会 造 成 人 员 的 伤 亡以 及 经 济 的 损 失 。 所 以 为 了 保 证 道 路 安 全 运 营 ， 避 免 异 常 情 况 的 发 生 ， 就 必 须 进 行 沉 降 观 测 。工作内容：首先在监测对象中选定监测点，然后利用一定的监测方法对控制点进行周期性的监测和数据采集。将采集到的数据进行计算及道路安全分析，制作成果报告。总体安排及进度：12 月 01 日12 月 11 日：整理收集资料，确定论文题目，完成开题报告12 月 12 日-01 月 11 日
3、：撰写论文提纲，完成论文初稿1 月 12 日1 月 30 日：修改完善论文3 月 8 日3 月 15 日：完成论文正稿，准备毕业答辩课题预期达到的效果：通过该课题的研究，掌握了如何快速而精确获得道路沉降的数据，并进行安全分析。将高精度的电子水准仪应用于道路沉降监测中，获得高精度，低陈本的效果。指导教师意见：签名：电子水准仪在道路沉降监测中的应用【摘要】：道路沉降监测是变形测量中比较常见的一种测量项目。那么，我们要探索的就是快速获得精准的数据并进行处理和安全分析。高精度的电子水准仪在这方面既有高效且成本低的优势，下面就电子水准仪的原理特点及其在龙岩学院道路沉降监测中的应用进行介绍和分析。【关键词
4、】：道路沉降;高精度；电子水准仪；数据处理目录1 绪论 11.1 电子水准仪的发展 11.2DL-201 电 子 水 准 仪 的 基 本 原 理 11.3 仪 器 参 数 11.4DL-201 电 子 水 准 仪 的 特 点 12 传 统 测 量 方 法 22.1 道 路 沉 降 22.1.1 道 路 沉 降 的 原 因 22.1.2 道 路 沉 降 监 测 的 意 义 22.2 几 何 水 准 测 量 22.3 三 角 高 程 测 量 23 瑞德 DL-201 电 子 水 准 仪 在 龙 岩 学 院 道 路 沉 降 监 测 举 例 23.1 测 区 状 况 23.2 已 有 资 料 33.3
5、 精 度 要 求 33.4 实 测 内 容 43.4.1 原 始 数 据 43.4.2 数 据 处 理 63.4.3 成 果 分 析 74 结 论 8致 谢 8参 考 文 献 911 绪论1.1 电子水准仪的发展随着微电子技术以及传感器工艺的发展，带来了测量仪器在设计和制造的技术革新。在高程测量仪器中，1987 年瑞士 leica 公司推出了世界第一台电子水准仪 NA2000。NA200 经数字图像技术应用于水准仪标尺的影像，使得测量员不需要使用双眼而是用 CCD 阵列传感器来读数，效率显著 1。之后，蔡司、拓普康、索佳等测量公司也先后推出了各自的电子水准仪。到目前，电子水准仪已有了第二、第三
6、代产品。其测量的精度也已达到了一等、二等水准测量的要求。1.2DL-201 电 子 水 准 仪 的 基 本 原 理电 子 水 准 仪 识 别 编 码 的 原 理 是 码 相 关 的 原 理 2。 代 表 水 准 尺 读 数 的 编 码 ， 已 储 存 在 了 电 子水 准 仪 的 程 序 里 ， 在 测 量 时 ， 接 受 来 自 标 尺 的 信 号 ， 对 比 CCD 上 的 影 像 信 息 ， 从 而 获 得 比 较 。也 就 是 按 照 一 定 的 距 离 将 参 考 信 号 进 行 移 动 ， 并 对 测 量 信 号 与 参 考 信 号 进 行 相 关 性 的 计 算 ， 直 到这 两
7、 个 有 最 大 的 相 关 系 数 ， 这 样 就 得 到 标 尺 的 读 数 和 视 距 。1.3 仪 器 参 数瑞 德 仪 器 公 司 生 产 的 DL-201 型 号 仪 器 ， 相 关 参 数 如 下 ：表 1-1 仪 器 参 数仪 器 型 号技术指标DL-201电 子 读 数 1.0mm高 程 测 量 精 度 （ 每公 里 往 返 测 标 准 差 ） 光 学 读 数 2.0mm距 离 测 量 精 度 电 子 读 数 D 10m:10mm;D10m:D*0.001测 程 电 子 读 数 1.8m 105m高 差 1mm/0.1mm最 小 显 示距 离 0.1/1cm1.4DL-201
8、 电 子 水 准 仪 的 特 点(1)读 数 客 观 。 它 消 除 了 由 于 人 为 因 素 产 生 的 误 差 ， 所 以 不 存 在 读 数 错 误 、 记 录 错 误 的 问 题 。（ 2） 精 度 高 。 观 测 的 距 离 和 高 度 是 把 很 多 的 影 像 通 过 系 统 的 取 平 均 值 的 计 算 获 得 的 ， 所 以水 准 标 尺 的 分 划 误 差 变 得 十 分 小 。（ 3） 速 度 快 。 因 为 不 需 要 人 工 读 数 、 记 录 、 现 场 计 算 以 及 由 于 出 错 的 重 测 ， 时 间 大 大 缩 短 。（ 4） 效 率 高 。 测 量
9、时 只 需 要 调 焦 和 按 测 量 键 即 可 得 出 数 据 ， 减 轻 了 劳 动 量 。（ 5） 操 作 简 单 。 由 于 仪 器 大 部 分 都 是 自 动 化 记 录 ， 处 理 。 并 且 有 内 置 程 序 可 以 实 时 检 查 是否 超 限 。 因 此 不 需 要 太 复 杂 的 操 作 量 3。22 传 统 测 量 方 法2.1 道 路 沉 降2.1.1 道 路 沉 降 的 原 因近 年 来 ， 经 济 的 快 速 发 展 以 及 城 市 的 大 规 模 建 设 。 许 多 交 通 线 路 如 高 速 、 高 铁 逐 渐 建 设 和 使用 。 但 是 ， 由 于 人
10、为 因 素 或 自 然 因 素 ， 这 些 线 路 或 者 边 坡 产 生 了 一 定 程 度 的 沉 降 。 汽 车 或 火 车 在其 面 上 行 驶 ， 过 程 中 产 生 的 震 动 和 压 力 会 使 得 路 基 、 桥 梁 等 产 生 形 变 ， 特 别 是 道 路 的 沉 降 。2.1.2 道 路 沉 降 监 测 的 意 义道 路 沉 降 不 仅 会 导 致 交 通 运 输 的 无 法 运 行 ， 严 重 的 还 会 造 成 人 员 的 伤 亡 以 及 经 济 的 损 失4。 所 以 为 了 保 证 道 路 安 全 运 营 ， 避 免 异 常 情 况 的 发 生 ， 就 必 须 进
11、 行 沉 降 观 测 。2.2 几 何 水 准 测 量几 何 水 准 测 量 是 经 典 高 差 测 量 方 法 ， 使 用 的 仪 器 是 水 准 仪 ， 其 原 理 是 借 助 于 水 平 视 线 （ 由 水准 器 获 得 ） 获 取 竖 立 在 两 点 上 的 标 尺 读 数 ， 从 而 测 定 两 立 尺 间 的 高 差 5。 光 学 水 准 仪 长 久 以来 都 是 水 准 测 量 的 主 要 仪 器 ， 因 而 传 统 的 道 路 监 测 是 使 用 精 密 的 光 学 水 准 仪 和 铟 瓦 水 准 尺 ， 用 光学 测 微 法 读 数 进 行 往 返 观 测 。光 学 水 准
12、仪 有 可 靠 的 精 度 保 证 ， 但 人 工 观 测 记 录 时 作 业 强 度 大 6。 又 受 到 观 测 时 观 测 误 差及 人 员 记 录 错 误 的 影 响 ， 满 足 不 了 数 字 化 和 自 动 化 的 测 量 要 求2.3 三 角 高 程 测 量三 角 高 程 测 量 是 根 据 两 点 间 的 水 平 距 离 和 经 纬 仪 观 测 的 垂 直 角 ， 应 用 三 角 公 式 计 算 出 两 点 之间 的 高 差 7。 一 般 是 使 用 全 站 仪 测 角 、 测 距 后 得 到 两 点 之 间 的 高 差 ， 叫 做 电 磁 波 测 距 三 角 高 程 测量 ，
13、 可 以 代 替 二 、 三 、 四 等 的 几 何 水 准 测 量 8。 设 地 面 上 的 两 点 为 A、 B， 在 点 A 安 置 经 纬 仪 ，在 点 B 设 置 觇 标 ， 测 得 垂 直 角 AB， 若 又 量 的 仪 器 高 iA 和 觇 标 高 jB， 并 已 知 A、 B 两 点 间 的水 平 距 离 DAB， 则 可 确 定 出 高 差 hAB 9。三 角 高 程 的 计 算 公 式 为 ：hAB = DAB * tan AB + iA JB （ 2-1）目 前 一 般 采 用 全 站 仪 进 行 三 角 高 程 测 量 。 设 测 出 的 斜 距 为 SAB， 三 角
14、高 程 的 计 算 公 式 为 ：hAB = SAB * tan AB + iA JB （ 2-2）当 A、 B 两 点 较 远 时 ， 三 角 高 程 需 顾 及 地 球 曲 率 和 大 气 垂 直 折 光 的 影 响 ， 加 球 气 差 改 正 后 的 公 式为 ：hAB = D AB * tan AB + iA JB+D AB /2R(1-k) 10 （ 2-3）式 中 ， R 为 地 球 半 径 ;k 为 大 气 折 光 系 数 ， 可 由 对 向 观 测 得 到 ， 也 可 以 在 两 已 知 高 程 点 之 间由 三 角 高 程 观 测 求 得 。虽 然 三 角 高 程 测 量 相
15、 对 于 水 准 测 量 来 说 显 得 灵 活 方 便 ， 但 其 精 度 较 低 。 其 中 垂 直 角 观 测 误 差 以 及大 气 垂 直 折 光 影 响 的 复 杂 性 和 多 变 性 ， 很 难 准 确 进 行 量 化 计 算 。3 瑞德 DL-201 电 子 水 准 仪 在 龙 岩 学 院 道 路 沉 降 监 测 举 例3.1 测 区 状 况我 小 组 是 以 龙 岩 学 院 外 围 道 路 的 一 周 为 监 测 路 段 ， 以 行 政 楼 D64（ 高 程 为 378.2800m）3点 为 水 准 点 沿 着 经 福 煤 楼 、 逸 夫 楼 到 四 组 团 与 三 组 团 交
16、 界 的 S1 点 再 经 二 组 团 到 文 虎 楼 门 口 的S2 点 ， 接 着 继 续 沿 同 心 路 到 其 与 奇 迈 大 道 的 交 会 处 ， 直 到 体 育 馆 出 口 的 S3 点 。 最 后 闭 合 回D64 点 。 形 成 一 闭 合 二 等 水 准 路 线 对 龙 岩 学 院 道 路 周 围 的 4 个 点 实 施 观 测 ， 其 中 D64 为 一 等水 准 测 量 要 求 所 得 的 工 作 基 点 ， S1、 S2、 S3 为 沉 降 监 测 点 。 采 用 “后 前 前 后 ”的 观 测 顺 序 ，每个星期进行观测两次。D64S2S3 S1图 3-1 监 测
17、点 示 意 图龙 岩 学 院 地 势 不 平 缓 ， 高 差 有 时 较 大 ， 因 此 要 缩 短 观 测 距 离 ， 不 过 标 尺 与 仪 器 之 间 通 视 较 好 ，作 业 环 境 优 良 ， 交 通 便 利 。 因 观 测 期 间 有 学 生 来 往 ， 所 以 应 选 择 周 末 或 者 学 生 上 课 期 间 为 好 。 测量 一 圈 闭 合 环 时 ， 最 好 是 当 天 完 成 ， 减 少 因 不 同 时 段 观 测 时 产 生 的 误 差 。3.2 已 有 资 料由 龙 岩 市 测 绘 局 测 得 得 D64 点 高 程 （ 378.2800m） 以 及 监 测 点 S1
18、、 S2、 S3 的 具 体 位 置 。 国 家 一 、 二 等 水 准 测 量 规 范 （ GB12897-2006） 。 工 程 测 量 规 范 （ GB0026-93） 。3.3 精 度 要 求水 准 测 量 应 按 照 国 家 一 、 二 等 水 准 测 量 规 范 11（ GB128972006） 的 要 求 。表 3-1 一、二等水准测量限差规定项 目等级 视 线 长 度前 后视 距差 /M前 后视 距累 计差 /m视 线 高度 下 丝读 数 /m基 辅 分划 所 得高 差 之差 /mm上 下 丝 读 数 平 均值 与 中 丝 读 数 之差检 测 间歇 点 高差 之 差/mm水 准
19、 路 线测 段 往 返高 差 不 符值 /mm4仪 器类 型视距/M0.5cm 分划 标 尺/mm1cm 分划 标尺 /mm一等 S0535 0.5 1.5 0.5 0.4 1.5 3.0 0.7 2KS1 50二等S05 601.0 3.0 0.3 0.6 1.5 3.0 1.0 4K注 ： K测 段 、 区 段 或 路 线 长 度 ， km；3.4 实 测 内 容3.4.1 原 始 数 据数 据 是 由 外 业 测 量 获 得 ， 并 储 存 于 SD 卡 中 。 由 于 数 据 量 较 大 ， 在 此 ， 只 列 出 了 第 一 次 观 测的 数 据 。 其 中 ， 第 一 列 为 对
20、应 的 前 后 标 尺 读 数 ， 单 位 为 米 ， 精 确 到 小 数 点 后 四 位 。 第 二 列 为 对 应的 前 后 视 距 ， 单 位 为 米 。 精 确 到 小 数 点 后 三 位 。 第 三 列 为 站 点 的 高 程 读 数 ， 单 位 为 米 。 精 确 到 小数 点 后 四 位 。 第 四 列 为 测 站 数 。 第 五 列 为 测 站 点 。 第 六 列 为 前 后 视 的 标 记 。表 3-2 原始数据表1.6126m 9.086m 378.2800m 1 D64 B11.1307m 9.099m 378.7619m 1 P01 F11.1306m 9.111m 3
21、78.7619m 1 P01 F21.6124m 9.094m 378.2800m 1 D64 B20.8477m 24.95m 379.7372m 2 P02 F11.8242m 25.22m 378.7619m 2 P01 B11.8220m 25.21m 378.7619m 2 P01 B20.8479m 24.94m 379.7372m 2 P02 F21.7201m 24.92m 379.7372m 3 P02 B10.5550m 25.03m 380.9022m 3 P03 F10.5554m 25.04m 380.9022m 3 P03 F21.7203m 24.94m 379.
22、7372m 3 P02 B20.8765m 16.800m 381.8923m 4 P04 F11.8667m 16.936m 380.9022m 4 P03 B11.8668m 16.931m 380.9022m 4 P03 B20.8768m 16.798m 381.8923m 4 P04 F21.8285m 14.950m 381.8923m 5 P04 B10.4077m 15.039m 383.3130m 5 P05 F10.4077m 15.035m 383.3130m 5 P05 F21.8283m 14.956m 381.8923m 5 P04 B20.4237m 15.183
23、m 384.7600m 6 P06 F11.8705m 15.008m 383.3130m 6 P05 B11.8709m 15.010m 383.3130m 6 P05 B20.4237m 15.185m 384.7600m 6 P06 F21.8651m 15.035m 384.7600m 7 P06 B10.3473m 15.062m 386.2778m 7 P07 F10.3474m 15.069m 386.2778m 7 P07 F21.8653m 15.013m 384.7600m 7 P06 B21.3419m 24.89m 386.7705m 8 P08 F11.8352m 2
24、5.03m 386.2778m 8 P07 B11.8347m 25.02m 386.2778m 8 P07 B21.3427m 24.90m 386.7705m 8 P08 F20.5244m 25.01m 386.7705m 9 P08 B11.7283m 24.92m 385.5667m 9 P09 F11.7281m 24.93m 385.5667m 9 P09 F20.5244m 25.01m 386.7705m 9 P08 B21.2801m 24.91m 384.8450m 10 P10 F10.5580m 24.96m 385.5667m 10 P09 B10.5582m 24
25、.96m 385.5667m 10 P09 B21.2794m 24.92m 384.8450m 10 P10 F21.5994m 34.97m 384.8450m 11 P10 B10.6984m 34.79m 385.7452m 11 P11 F10.6994m 34.75m 385.7452m 11 P11 F21.5987m 34.96m 384.8450m 11 P10 B20.6089m 4.928m 386.6903m 12 P12 F11.5539m 4.834m 385.7452m 12 P11 B11.5540m 4.832m 385.7452m 12 P11 B20.60
26、88m 4.927m 386.6903m 12 P12 F21.7386m 6.807m 386.6903m 13 P12 B10.7816m 7.079m 387.6472m 13 P13 F150.7814m 7.082m 387.6472m 13 P13 F21.7382m 6.826m 386.6903m 13 P12 B20.5298m 13.065m 386.6920m 37 P36 B11.8522m 12.998m 385.3694m 37 P37 F11.8527m 13.015m 385.3694m 37 P37 F20.5300m 13.042m 386.6920m 37
27、 P36 B21.9478m 12.818m 383.9547m 38 P38 F10.5333m 13.004m 385.3694m 38 P37 B10.5337m 12.995m 385.3694m 38 P37 B21.9487m 12.872m 383.9547m 38 P38 F20.5125m 12.928m 383.9547m 39 P38 B11.8150m 12.930m 382.6509m 39 P39 F11.8176m 13.095m 382.6509m 39 P39 F20.5126m 12.930m 383.9547m 39 P38 B21.7561m 11.13
28、3m 381.3575m 40 P40 F10.4630m 10.823m 382.6509m 40 P39 B10.4630m 10.830m 382.6509m 40 P39 B21.7567m 11.143m 381.3575m 40 P40 F20.6011m 5.440m 381.3575m 41 P40 B11.7677m 5.586m 380.1909m 41 P41 F11.7680m 5.591m 380.1909m 41 P41 F20.6013m 5.431m 381.3575m 41 P40 B21.8724m 9.965m 378.9367m 42 P42 F10.6
29、182m 9.918m 380.1909m 42 P41 B10.6182m 9.925m 380.1909m 42 P41 B21.8723m 9.972m 378.9367m 42 P42 F20.4274m 17.982m 378.9367m 43 P42 B11.8433m 18.026m 377.5208m 43 P43 F11.8433m 18.043m 377.5208m 43 P43 F20.4274m 17.984m 378.9367m 43 P42 B21.8427m 17.971m 376.2119m 44 P44 F10.5338m 18.038m 377.5208m
30、44 P43 B10.5341m 18.041m 377.5208m 44 P43 B21.8430m 17.988m 376.2119m 44 P44 F20.4973m 18.030m 376.2119m 45 P44 B11.7903m 17.982m 374.9190m 45 P45 F11.7903m 17.987m 374.9190m 45 P45 F20.4975m 18.027m 376.2119m 45 P44 B21.9035m 17.991m 373.5246m 46 P46 F10.5091m 17.973m 374.9190m 46 P45 B10.5088m 17.
31、980m 374.9190m 46 P45 B21.9033m 17.997m 373.5246m 46 P46 F20.3564m 17.997m 373.5246m 47 P46 B11.9245m 17.983m 371.9564m 47 P47 F11.9247m 17.976m 371.9564m 47 P47 F20.3565m 17.997m 373.5246m 47 P46 B21.9174m 16.890m 370.5203m 48 P48 F10.4814m 17.002m 371.9564m 48 P47 B10.4813m 17.001m 371.9564m 48 P4
32、7 B21.9176m 16.896m 370.5203m 48 P48 F20.8826m 9.502m 370.5203m 49 P48 B11.6763m 9.431m 369.7265m 49 P49 F11.6764m 9.444m 369.7265m 49 P49 F20.8825m 9.493m 370.5203m 49 P48 B21.6169m 12.899m 368.5758m 50 P50 F21.7635m 17.014m 368.5758m 51 P50 B10.4227m 16.973m 369.9165m 51 P51 F10.4226m 16.975m 369.
33、9165m 51 P51 F21.7633m 17.012m 368.5758m 51 P50 B20.3748m 17.179m 371.3828m 52 P52 F11.8409m 16.789m 369.9165m 52 P51 B11.8411m 16.778m 369.9165m 52 P51 B20.3746m 17.187m 371.3828m 52 P52 F21.8527m 14.001m 371.3828m 53 P52 B10.6886m 13.988m 372.5467m 53 P53 F10.6889m 13.977m 372.5467m 53 P53 F21.852
34、5m 13.983m 371.3828m 53 P52 B20.7274m 12.945m 373.5113m 54 P54 F11.6923m 13.080m 372.5467m 54 P53 B11.6915m 13.041m 372.5467m 54 P53 B20.7271m 12.945m 373.5113m 54 P54 F21.7540m 14.882m 373.5113m 55 P54 B10.5376m 15.016m 374.7278m 55 P55 F10.5376m 15.017m 374.7278m 55 P55 F21.7542m 14.877m 373.5113m
35、 55 P54 B20.3967m 11.977m 376.2451m 56 P56 F11.9141m 11.906m 374.7278m 56 P55 B11.9140m 11.900m 374.7278m 56 P55 B20.3968m 11.968m 376.2451m 56 P56 F21.9290m 13.325m 376.2451m 57 P56 B10.6101m 12.583m 377.5640m 57 P57 F10.6104m 12.580m 377.5640m 57 P57 F21.9293m 13.335m 376.2451m 57 P56 B20.8251m 20.30m 378.2823m 58 P58 F11.5433m 20.62m 377.5640m 58 P57 B11.5431m 20.64m 377.5640m 58 P57 B20.8247m 20.30m 378.2823m 58 P58 F26在 原 始 数 据 中 ， 把 原 先 标 记 的 S1、 S2、 S3 各 测 量 点 的 高 程 提 取 出 来 ， 然 后 以 各 个 时 期 为 列 ，制 成 表 格 。 下 表 格 为 S1、 S2、 S3 各 监 测 点 的 高 程 数 据 :单
