[发明专利]一种悬挂式数字水准尺及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于测绘领域，特别涉及一种数字水准尺及测量方法。 

背景技术

高速铁路的建设为了达到设计要求，常采用以桥代路方式。在高铁沉降观测中，桥墩的沉降观测标往往埋设在蹲身两侧顶端(通常距地面2m-3m距离)，这样即美观又有利于观测标的保护，同时标埋设越高就越有利于发现桥墩的左右不均衡沉降，但是在传统的水准测量中，一般遵循的是水准尺底端竖立在尺垫或是待测目标点上进行测量的原则，所以目前的埋设沉降观测标方式给沉降观测带来不便。针对这种不便，目前普遍采取两种措施，其中一种措施是把标转移到墩身较低处，但对于扇形墩，这往往会引起水准尺无法立直，被迫进行斜尺测量；另一种措施是不改变沉降观测标位置，进行倒尺测量。 

但是研究发现，斜尺测量和倒尺测量都存在缺陷，具体体现在测量的精度和可行性上。 

针对斜尺测量，假设斜尺的倾斜角度为a，尺立直时仪器视线高读数为h，根据简单的几何关系可以得到实际仪器视线高读数为h1＝h*1/cosa，实际值与真实值的偏移量为：Δ＝(1-1/cos a)*h，由此可知，斜尺带来的观测误差是标尺倾斜角和仪器高的函数。这种影响规律在实际测量中的具体体现是：(1)视线高不同，Δ值不同。在线路观测时，相邻两测站倾斜的水准标尺会先做前视后做后视，当两站得仪器高不同时，Δ也不同，造成相邻两站斜尺读数值不同，其结果就是线路测量的闭合差增大。(2)对于相同的仪器高，标尺的倾斜角a不同，读数也不同。每一期的沉降观测是要获得观测标的高程值，若不同期次的观测标尺倾斜角度不同，得到到高程就含有粗差。其次，考虑到水准尺的前后倾斜会带来标尺在仪器视野中的左右倾斜，这会引起观测线路闭合差超过沉降观测限差要求。当水准尺倾斜时，其底面不是水平面，底面放置位置不同读数就不同，这种影响会体现在沉降-时间曲线图中，使曲线图无法正确反映标的沉降情况。同时，有学者提出一些斜尺测量改正的方法，但是其操作都较为复杂，不易进行。因此，斜尺测量无论在测量精度上还是操作性上，都不能满足沉降观测的要求。 

针对倒尺测量，就是使用数字水准仪的倒尺测量功能，同时将水准尺底端朝上，竖直标尺并使底端紧贴待测点进行水准测量的测量方法。但是倒尺测量的操作较为困难，体现在(1)扶尺人员必须抬起标尺，使标尺底面紧密贴住观测标，这无疑给扶尺人员增加了负担。(2)倒尺测量时，标尺气泡的翻转使得扶尺人员极不易通过气泡判断标尺的竖直情况。正如上述困难，使得标尺会偶尔和观测标没有紧密贴住，并且标尺的竖直情况差，这会使每一测站的测站差和同一标尺读数差超过《国家二等水准测量规范》(下文中以《规范》引用)要求。对于线路测量，往往会引起线路附和差(闭合差)超过《规范》要求。因此，倒尺测量无论在测量精度上还是操作性上，都不能满足沉降观测的要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种水准尺及相应的水准测量方法，使现有的测量方法缺陷得以解决，沉降观测的效率和精度得以提高。

本发明的装置及方法能广泛应用于高铁沉降监测中，特别是针对平原地区低矮扇型、禾型桥墩提供了一种极好地解决方案。此外本发明还能应用于隧道测量，建筑物沉降观测及其它水准测量工作中。 

本发明的技术方案是：一种数字水准尺。水准尺顶部背面装有一悬挂装置2(如图1所示)，悬挂装置通过自身螺孔5和螺丝与尺身保持固定。悬挂装置包括一多边形底面3，底面3的平整度和水准尺底面平整度相同，同时悬挂装置底面3与水准尺底面4平行。其特征是：在普通数字水准尺顶部装一悬挂装置。 

这种数字水准尺的有益效果是：利用悬挂装置底面3，可以把水准尺悬挂在位置较高的沉降观测标上进行水准测量。扶尺员只需要将尺挂在观测标上，再将尺扶正使得水准气泡居中即可，这样即充分利用已有的观测标，又减轻扶持人员的劳动强度，提高测量效率。 

利用挂尺进行测量的可行性取决于两点，(1)：悬挂装置2的制作质量。包括悬挂装置2的稳定性，底面3平整度，底面3与标尺底面4的平行程度。其中悬挂装置底面3的制作质量会对水准测量结果造成较大影响，其表现是一种偶然误差。底面平整度差往往会造成水准线路闭合差(符合差)较大。(2)：常数K的测定精度。常数K是标尺底面到悬挂装置底面3的距离。利用挂尺测得的标高和正常测量方式获得的标高存在固定常数K的误差。在沉降观测中，用挂尺测得的标高加上常数K为实际标高。K的测定误差会对水准测量结果造成系统误差，其表现是造成沉降观测标高程值系统性的改变。因此，只要保证了悬挂装置制作质量并精确测定常数K，利用挂尺进行水准测量有着和常规水准测量相同的精度。