电子水准仪在建筑工程变形监测中的应用研究应用.doc
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1、毕业论文毕业论文题目 电子水准仪在建筑变形监测中应用研究学院专业班级 学生姓名 性别 指引教师 职称 6月15日摘要建筑变形监测是按照一定周期对变形体进行重复观测以拟定其形状在空间位置随时间变化量,并运用观测成果总结出变形规律从而监测变形体运动。如果变形超过了限差,就会影响建筑物正常使用,严重会使建筑物倾斜甚至崩塌。因而,在建筑物施工过程和运营期间,都需要对它们进行变形观测,保证工程建筑物稳定性,为安全运营诊断提供必要信息,以便及时发现问题并采用办法。本论文重要简介了电子水准仪构造、测量原理;电子水准仪种类和特点,当前发呈现状,此后发展趋势。电子水准仪误差来源,以及其常规检查与校正办法。运用电
2、子水准仪获得工程沉降数据后,通过数据解决绘制出沉降-荷载曲线图和沉降等值线图等;根据电子水准仪基本原理及其在建筑沉降监测中应用进行研究和分析,从而得出对普及电子水准仪应用和发展有益结论。核心词:电子水准仪;变形监测;沉降观测AbstractBuilding deformation monitoring is repeated observing the deformation objects with a certain period to determine the shape of the spatial position with the change of time,and using
3、 the observed results to sum up the law of deformation and to monitor the movement of the deformation objects. If the deformation exceeds the limit,it will affect the normal use of the building,and will seriously make the building tilting or even collapse. Therefore,in the period of building constru
4、ction and operation ,observing the building deformation to ensure buildings stability is very necessary .And then it can provide the necessary information for safe operation. It can also find problem and take measures to solve the problem timely. This paper introduces the structure ,types ,character
5、istics and measurement principle of the digital level instrument. This paper also probe into the development situation at present and the development trend in the future of the digital level instrument. Importantly,this paper make a research of large number of engineering applications,especially in
6、the settlement monitoring ,of the digital level instruments.Electronic leveling instrument error source,and its routine inspection and correction method. Use of electronic level to obtain engineering settlement data,through the data processing to map out the settlement - load curve and settlement is
7、oline map. To research and analysis on the basis principle of electronic level and its application in building settlement monitoring,the useful conclusions in popularization and development of electronic leveling instrument application is obtained.Key words:Electronic level;Deformation monitoring;Se
8、ttlement observatio目录第一章电子水准仪的基本原理11.1引言11.2电子水准仪的结构及测量原理11.3 电子水准仪的种类和特点11.3.1 电子水准仪的种类11.3.2 电子水准仪的特点71.4 电子水准仪的发展现状及发展趋势8第二章建筑变形观测122.1建筑变形观测122.1.1 建筑变形观测概述122.1.2 建筑变形观测的分类122.1.3 建筑变形观测的特点132.1.4 建筑变形观测的基本方法142.2 变形观测的重要意义14第三章电子水准仪的观测方法163.1 DiNi 12电子水准仪的简介163.2 电子水准仪的观测方法17第四章电子水准仪的检验与校正194.
9、1 电子水准仪的误差194.2 电子水准仪的检验与校正214.2.1电子水准仪常规检验与校正214.2.2电子水准仪i角的检验与校正22第五章电子水准仪在变形观测中的应用实例255.1 工程概况255.2 沉降观测高程控制网方案设计255.2.1 观测仪器及依据255.2.2水准基点的布设265.2.3工作基点的布设265.2.4 沉降观测点的布设265.2.5观测方法275.2.6 观测成果275.3数据处理与分析285.3.1 观测点的观测成果285.3.2 累积沉降值305.3.3 沉降等值线图315.3.4 沉降-荷载-时间曲线图315.3.5各观测点随时间累积沉降速度曲线图34第六章
10、总结与展望366.1经济技术分析366.2 结论366.3 展望36参考文献37致谢38附录一中文译文附录二 外文翻译原文电子水准仪在建筑变形监测中应用研究第一章 电子水准仪基本原理1.1引言随着都市建设迅猛发展,高大建筑物越来越普遍,建筑物安全也越来越受到社会各界关注,为保证建筑物顺利施工和施工后安全运营,就必要对建筑物进行系统变形监测,其中一项重要工作就是沉降观测。因而对建筑物进行精准沉降观测就显得尤为重要,由于它关系到整个工程施工安全和使用安全。随着测绘仪器制造技术飞速发展,沉降观测手段也从老式光学水准仪发展到当前电子水准仪。电子水准仪以其潮流外观设计、操作以便、高精度等诸多长处,得到了
11、广大测绘工作者青睐,在各种工程变形监测中得到了非常广泛应用。为了监测验证电子水准仪精度,本文以天宝DiNi-12电子水准仪为例,通过实际工程沉降监测数据来验证电子水准仪精度完全符合沉降监测精度。1.2电子水准仪构造及测量原理电子数字水准仪是在精密自动安平水准仪基本上发展起来。电子水准仪是通过感光器分析标尺影像对一维数字影像解决应用(一维数字影像解决原理:影像-数字化-译码数据解决-成果),运用二极管检测阵列来代替测量人员眼睛,相称于在水准仪里架设了具备稳定视线一部CCD照相机。水准条码标尺上不用条码在通过望远镜成像到平面上CCD光电传感器上,CCD光电传感器再将黑白相间条码图像转换成模仿视频信
12、号,通过仪器内部数字图像解决,即可获得望远镜中丝条形码标尺上读数。此数据一方面在屏幕上显示,另一方面存储在仪器内部存储器中,供计算、查核和保存之用。其工作原理如图1-1所示。1.3 电子水准仪种类和特点1.3.1 电子水准仪种类当前流行几种电子水准原理重要是有关法、几何法、相位法、RAB原理及叶氏原理。从这几种原理共同性角度看,都使用了光学水准仪光路原理,也都使用了条形码标尺,条码明暗相间,通过变化明暗条码宽度实现编码,且条码不存在重复码段。但它们编码规则也有非常明显个性区别,从这些区别是可以看出它们解码原理区别。此外,除上述编码环节存在共同性外,解码环节也还是有共同性。可以断定,所有电子水准
13、原理解码过程都存在粗测、精测和精粗衔接这些环节过程。且这些过程和普通光学模仿水准仪依然有相似之处。如图1-2所示:YN条形编码标尺CCD光电传感器数字图像锁定译码图像解决计算成果数据液晶显示数据查核、保存图1-1 电子水准仪工作原理图1-3有关法直接黑白编码原理(1)有关法Leica仪器使用有关法,其解码原理就是对图像信号与商定编码进行有关解算,寻找最大有关点位置从而完毕图象辨认进而获得所截获条码片段原码(粗测值)和物象比(距离),精测原理则由电子中丝和码元相位关系实现。其解码突破口在于二维有关搜索运算。由于是直接进行有关搜索运算,因此标尺编码直接以伪随机码进行黑白二进制编码。如图1-3所示,
14、码元0和1分别与条码黑自相相应。图1-2 常用电子水准仪原理有关法长处是思想办法简朴,而缺陷是由于粗测值和距离(物象比)两个未知量同步进行二维有关运算搜索,而每个条纹中所包括码元数目具备很大随意性,至少是1个码元,而最多可以是16个码元,并且码元宽度很窄(如2.025mm)远距离是无法直接辨别码元少窄条纹(“沉没”现象),由于有关法是比较实在由所有像素参加对也许成果“穷举式表决”,那些“沉没”条纹和条纹边沿细节以及被遮挡损坏少量条纹并局限性以影响到整个“投票成果”,实现了可靠解码。但由此带来运算量非常巨大,于是导致了测量速度慢和对微解决器速度规定高以及能耗大等缺陷。为解决测量速度慢问题,初期徕
15、卡仪器在望远镜调焦旋钮上安装传感器以实现视距(物象比)粗略测量以缩小有关算法搜索范畴,也有仪器则采用面阵光电传感器通过测量标尺条码横向长度来实现视距(物象比)粗略测量以缩小有关算法搜索范畴。有关法精测原理依然运用电子中丝和所截获码片段码元相位(位置)关系实现。对于这一点,当前还没发既有文献对其进行了分析和披露。当前文献所简介“粗有关”“精有关”概念实质都是简介粗测原理即条码片段或其码序确立过程,对其真正精测原理即电子中丝和条码片段之间位置关系确立过程没有涉及。(2)几何法几何法解码原理区别于有关法地方是通过载码引人减少了标尺上黑白条纹宽度种类,并使得图像信号中可以恢复出载码周期波谱,从而实现了
16、精确码元坐标定位继而实现迅速“码词”(和有关法中条码片段概念类似)读取,解决了有关法测量速度慢问题。其所谓相似二角形空间变换几何关系如图1-4所示,这运用相似二角形空间几何比例关系其实是所有电子水准原理所共同采用(涉及有关法、相位法、RAB原理以及叶氏原理也实质都使用了这种望远镜成像光学比例关系),所有电子水准原理精测过程实质都是使用了这种几何关系。因此咱们始终以为几何法叫法是不当。图1-4 文献对几何法原理描述示意先看几何法相位调制编码原理。如图1-5所示。图1-5几何法相位调制编码原理图中反映了载码遇0码元则反相,遇1码元则同相编码规则。可以看出这样条码宽度种类仅有二种宽度,大条纹宽度就是
17、码元宽度,小条纹宽度就是半个码元宽度,比有关法中16种宽度大大减少,条纹也粗得多,100m距离不也许浮现整条纹完全“沉没”(至少在理论上),依照恢复出周期波谱波长和相位,码元成像在CCD上坐标分布定位就清清晰楚,简朴一维有关就可以完毕粗测,物象比由周期值直接求解。但由此带来问题是:信息密度稀疏了,很难同步顾及远近距离测量规定。由于近距离时望远镜成像很大,在光电传感器上成像码元个数大大减少,少到一定限度就保证不理解码唯一性。但若减少码元宽度顾及近距离又对远距离图像辨别不利。为解决短视距测量问题,几何法采用双相位码编码在单相位码基本上加人商定1mm明暗窄条码,这种码只有在近距离时光电传感器才可以辨
18、别并参加解码,在远距离时其在光电传感器上无法辨别(沉没),不参加解码。这是几何法原理远近兼容测量原理。当前文献所简介几何法原理其实只是着重强调了其精测原理和精粗衔接过程,其望远镜成像几何比例关系就是阐明电子中丝和码元之间相位位置关系而对于其粗测原理“码词”,获取这一电子水准仪最实质图象辨认技术问题则没有涉及。可以看出,有关法和几何法命名角度自身是不一致,前者是粗测特性,后者是精测特性。这样命名与分类固然是不严谨。事实上,有关法也运用了望远镜成像几何位置(相位)关系实现精测,几何法也可以使用有关算法(但不是二维有关)实现粗测(获得“码词”)。而其区别仅在于与否运用载码调制来实现解码运算量减少。(
19、3)相位法相位法原理基本特性是运用标尺条码图像信号中几种不同周期码波谱相位差来实现粗测,算法是迅速傅里叶变换,其运算量也不小。精测原理运用R周期码相位信息实现。其测量原理和光电测距仪组合频率测距法是类似如图1-6所示。重要分如下6个环节进行:分别测量出电子中丝在标尺成像中A码、B码和R码二种周期信号中相位值如、;用、求解出电子中丝在隐含频率Fc =-中相位=-;依照隐含频率Fc波长五:Lc= /(-)和相位求得第一高度粗测值;依照A码(或者B码)信号波长(或者)和相位(或者)求得第二高度粗测值(或者);再依照R信号周期和相位求得高度精测值;最后依次将,(或者)和逐次精粗衔接就可以获得精准高度测
20、量成果H了。之因此要使用第二粗测值,是由于第一粗测值精度很容易超过精测R码波长,将第一粗测值和精测值直接衔接将容易浮现整周期R码粗差。图1-6相位法编码解码原理示意(4)RAB原理RAB原理编码规则是载码码宽数字电子,其解码突破口是运用相邻码元中心等距离特性即图像信号中包具有周期波谱,从而通过周期波谱测量实现了精确码元坐标定位继而实现物象比解算、迅速粗测有关运算等,精测原理和其她办法依然类似。如图1-7所示:RAB原理为解决远近视距兼容使用了6种宽度编码,且6种码分为两组,每组2种宽度码元,同组中2种码元宽度差别不大,这种不大差别在近距离是容易区别,在远距离时由于截获了较大视场条码片段,同组中
21、2种宽度差别不大码元按一种码解决。RAB码明显特点是相邻暗条纹(或者相邻明条纹)中心离等于定值。图1-7 RAB原理码宽调制编码原理(5)叶氏原理叶氏原理是武汉大学创造并实现数字电子原理,已经应用于博飞DAL系列和苏光EL系列电子水准仪中。其核心思维是以比例码为载码,测量码调制寄生在比例码之中。解码时一方面通过条码图像信号中比例载码周期波谱测量实现了精确码元坐标定位继而实现物象比解算、迅速粗测、精测。如图1-8所示图1-8 叶氏原理比例调制编码原理本原理中条码区别于其她原理明显特点是相邻明暗条纹边界(或者明暗条纹边界)之间距离等于定值。比较这5种原理可以看出,除前边提到粗测、精测、精粗衔接这些
22、大体过程存在相似以外,所有电子水准原理精测原理其实也是基本相似,都要涉及电子中丝和所截获条码图像中某种信息相位(位置)关系,都要涉及望远镜成像三角形几何比例关系应用。而不同之处在于粗测实现过程(图象辨认)以及精测、粗测都要涉及到物象比确立过程。除有关法外,相位法、几何法、RAB原理和叶氏原理都使用和运用了载码调制编码解码,通过载码波谱使用以实现迅速图象辨认,也由于相位法波谱相对复杂,必要以傅里叶变换来解码,而后3种原理则只需相对简朴算法就可以获得载码成像周期波谱信息。而实践应用也证明了后二种原理实际测量速度效果也确比相位法和有关法明显快捷。就三种使用载码调制原理而言,几何法必要增长细条纹码克服
23、近距离时信息密度过低缺陷,RAB原理和叶氏原理只需增长调制级数就可以容易解决近距离时信息密度低问题。1.3.2 电子水准仪特点电子水准仪是以自动安平水准仪为基本,在望远镜光路中增长了分光镜和探测器(CCD),并采用条码标尺和图象解决电子系统二构成光机电测一体化高科技产品。采用普通标尺时,又可像普通自动安平水准仪同样使用。 它与老式仪器相比有如下共同特点:(1)读数客观:不存在误差、误记问题,没有人为读数误差。(2)精度高:视线高和视距读数都采用大量条码分划图像经解决后取平均得出来,因而削弱了标尺分划误差影响。多数仪器均有进行多次读数取平均功能,可以削弱外界条件影响。不纯熟作业人员业也能进行高精
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- 电子 水准仪 建筑工程 变形 监测 中的 应用 研究
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