专利名称：一种悬挂式数字水准尺及测量方法
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hi = h*l/cosa，实际值与真实值的偏移量为A = (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(I)视线高不同，△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，A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(I)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 I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，⑴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。


图I为本发明水准尺悬挂装置示意2为本发明水准尺结构示意3为本发明水准测量方法示意中I.数字水准尺，2.悬挂装置，3.悬挂装置底面，4.水准尺底面，5.螺孔
具体实施例方式如图2所示，本发明的数字水准尺I，尺身顶部背面装有悬挂装置2，悬挂装置2包含螺孔5，通过螺丝实现悬挂装置和尺身的固定，悬挂装置2采用与水准尺底面4相同的材料。悬挂装置2包括一多边形底面3，底面3的形状充分利用了尺身背面结构，在保证悬挂装置稳定性的同时增大了底面3的面积。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。这样就可以保证在利用挂尺进行水准测量时，当尺身竖直时悬挂装置底面3是一水平面。在数字水准仪中导入挂尺测量程序，即当调出挂尺测量程序进行读数时，数字水准仪会对视线高读数自动减常数K。对于较高等级的一、二等水准测量而言，需进行往返测， 必须保证往返测同一观测标采用相同的观测方法，同时要求每测段为偶数站。故对于按二等水准测量要求进行的高速铁路沉降观测，采用本发明方法进行施测时，则需一对水准尺，其中一把为悬挂式水准尺。把悬挂式水准尺放置在起始水准点，从起始水准点开始连续设站，逐站观测。对于位置较高的观测标，把悬挂式水准尺悬挂在观测标上，扶尺人员通过尺身底部圆水准器调整尺身，使尺身竖直。另一把水准尺立在尺垫上，进行每测站的挂尺读数时，调出数字水准仪的挂尺测量功能进行观测，进行另一把水准尺读数时，采用数字水准仪常规测量功能进行观测。遇到连续的桥墩沉降观测标较高的情况时，采用每两测站用挂尺测一观测标，另一把尺始终放在地面作为转点的观测方法，如附图3所示。
权利要求
1.一种悬挂式数字水准尺，包括一个数字水准尺a)，数字水准尺a)顶部背面装有一悬挂装置(2)，其特征是在数字水准尺顶部背面装一悬挂装置，悬挂装置有底面(3)。
2.根据权利要求I所述的数字水准尺，其特征在于所述的悬挂装置(2)有4个螺孔。
3.根据权利要求I所述的数字水准尺，其特征在于所述的悬挂装置(2)采用与数字水准尺(I)底面相同的材料。
4.根据权利要求I所述的底面(3)，其特征在于底面(3)和数字水准尺(I)底面平行。
5.一种针对悬挂式数字水准尺进行水准测量的方法，在数字水准仪中植入挂尺测量程序(4)，水准测量时调出挂尺测量程序(4)，挂尺测量程序(4)对视线高读数减常数K，其特征是在数字水准仪原有测量程序中植入挂尺测量程序，当调用这个程序时仪器会对视线高读数减常数K。
全文摘要
一种悬挂式数字水准尺，在普通数字水准尺顶部安装一悬挂装置2，悬挂装置2与尺身固定，悬挂装置2采用与水准尺底面4相同的材料。悬挂装置2包括一底面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。这种悬挂式水准尺及其提供的测量方法可以克服现有倒尺测量缺陷，可将水准尺悬挂在位置较高的观测标上进行水准测量，可以在保证测量精度的同时提高工作效率。该发明的水准尺可应用于高铁沉降观测、建筑物沉降观测及隧道水准测量等测量工作中，为水准测量提供一种新的更高效的方法。
文档编号G01C5/00GK102607514SQ201210078188
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者刘生荣, 张届, 徐猛, 明祖涛, 李建平, 沈长江, 游振兴, 阮汝伟, 陈威, 高伟, 黄文华 申请人:明祖涛