【正文】 期和相位求得高度精測值；⑥最后依次將,(或者)和逐次精粗銜接就可以獲得精確的高度測量結(jié)果H了。之所以要使用第二粗測值，是因為第一粗測值的精度很容易超出精測R碼的波長，將第一粗測值和精測值直接銜接將容易出現(xiàn)整周期的R碼粗差。圖16相位法的編碼解碼原理示意（4）RAB原理RAB原理編碼規(guī)則是載碼碼寬數(shù)字電子，其解碼的突破口是利用相鄰碼元中心等距離特征—即圖像信號中包含有周期波譜，從而通過周期波譜的測量實現(xiàn)了準確的碼元坐標定位繼而實現(xiàn)物象比解算、快速粗測的相關(guān)運算等，精測原理和其他方法仍然類似。如圖17所示：RAB原理為解決遠近視距兼容使用了6種寬度的編碼，且6種碼分為兩組，每組2種寬度的碼元，同組中的2種碼元的寬度差別不大，這種不大的差別在近距離是容易區(qū)別的，在遠距離時由于截獲了較大視場的條碼片段，同組中的2種寬度差別不大的碼元按一種碼處理。RAB碼的顯著特點是相鄰暗條紋(或者相鄰明條紋)中心離等于定值。圖17 RAB原理的碼寬調(diào)制編碼原理（5）葉氏原理葉氏原理是武漢大學發(fā)明并實現(xiàn)的數(shù)字電子原理，已經(jīng)應(yīng)用于博飛DAL系列和蘇光EL系列電子水準儀中。其核心思維是以比例碼為載碼，測量碼調(diào)制寄生在比例碼之中。解碼時首先通過條碼圖像信號中的比例載碼周期波譜的測量實現(xiàn)了準確的碼元坐標定位繼而實現(xiàn)物象比解算、快速粗測、精測。如圖18所示圖18 葉氏原理的比例調(diào)制編碼原理本原理中條碼區(qū)別于其他原理的顯著特點是相鄰明暗條紋的邊界(或者明暗條紋的邊界)之間的距離等于定值。比較這5種原理可以看出，除前邊提到的粗測、精測、精粗銜接這些大體過程存在相同以外，所有電子水準原理的精測原理其實也是基本相同的，都要涉及電子中絲和所截獲條碼圖像中的某種信息的相位(位置)關(guān)系，都要涉及望遠鏡成像的三角形幾何比例關(guān)系的應(yīng)用。而不同之處在于粗測的實現(xiàn)過程(圖象識別)以及精測、粗測都要涉及到的物象比的確立過程。除相關(guān)法外，相位法、幾何法、RAB原理和葉氏原理都使用和利用了載碼調(diào)制編碼解碼，通過載碼波譜的使用以實現(xiàn)快速圖象識別，也由于相位法的波譜相對復雜，必須以傅里葉變換來解碼，而后3種原理則只需相對簡單的算法就可以獲得載碼成像的周期波譜信息。而實踐應(yīng)用也證實了后二種原理的實際測量速度效果也的確比相位法和相關(guān)法明顯快捷。就三種使用載碼調(diào)制的原理而言，幾何法必須增加細條紋碼克服近距離時信息密度過低的缺陷，RAB原理和葉氏原理只需增加調(diào)制級數(shù)就可以輕易解決近距離時信息密度低的問題。 電子水準儀的特點電子水準儀是以自動安平水準儀為基礎(chǔ)，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器(CCD),并采用條碼標尺和圖象處理電子系統(tǒng)二構(gòu)成的光機電測一體化的高科技產(chǎn)品。采用普通標尺時，又可像一般自動安平水準儀一樣使用。 它與傳統(tǒng)儀器相比有以下共同特點：（1）讀數(shù)客觀：不存在誤差、誤記問題，沒有人為讀數(shù)誤差。（2）精度高。：視線高和視距讀數(shù)都采用大量條碼分劃圖像經(jīng)處理后取平均得出來的，因此削弱了標尺分劃誤差的影響。多數(shù)儀器都有進行多次讀數(shù)取平均的功能，可以削弱外界條件影響。不熟練的作業(yè)人員業(yè)也能進行高精度測量。（3）速度快：由于省去了報數(shù)、聽記、現(xiàn)場計算的時間以及人為出錯的重測數(shù)量，測量時間與傳統(tǒng)儀器相比可以節(jié)省1/3左右。（4）效率高：只需調(diào)焦和按鍵就可以自動讀數(shù)，減輕了勞動強度。視距還能自動記錄，檢核，處理并能輸入電子計算機進行后處理，可實線內(nèi)外業(yè)一體化。 電子水準儀的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 （1）數(shù)字水準儀和傳統(tǒng)水準儀的異同：①相同點：數(shù)字水準儀具有與傳統(tǒng)水準儀相同的光學、機械和補償器結(jié)構(gòu)；光學系統(tǒng)也是沿用光學水準儀的；既可以用于數(shù)字水準測量，也可以用于傳統(tǒng)水準測量。②不同點：傳統(tǒng)水準儀用人眼觀測，數(shù)字水準儀用光電傳感器（CCD線針）代替人眼；數(shù)字水準儀與其相應(yīng)條碼水準標尺配用。儀器內(nèi)裝有圖像識別器；采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，這些都是傳統(tǒng)水準儀所沒有的；同一根編碼標尺上的條碼寬度不用，各型數(shù)字水準儀的條碼尺有自己的編碼規(guī)律，但均還有黑白兩種條塊，這與傳統(tǒng)水準標尺不同。另外，對精密水準儀而言，傳統(tǒng)的利用測微器讀數(shù)，而數(shù)字水準儀沒有測微器。（2）當今世界上已有電子水準儀型號和技術(shù)指標：自從徠卡公司在1990年推出第一臺電子水準儀NA2000以來，電子水準儀己經(jīng)發(fā)展到了第二代，天寶、拓普康、索佳和尼康等都先后推出了自己的產(chǎn)品。目前市場上的電子水準儀分為不同精度的兩個等級(與采用的標尺也有關(guān)系)，常用的高精度電子水準儀及其指標見表11所示。表11常用高精度電子水準儀及主要技術(shù)指標特性指標徠卡DNAO3天寶DINI12拓撲康DL101C索佳SDL30M尼康A(chǔ)P7高程測量精度(1公里往返測中誤差)電子讀數(shù)光學讀數(shù)電子讀數(shù)光學讀數(shù)電子讀數(shù)光學讀數(shù)電子讀數(shù)光學讀數(shù)電子讀數(shù)測程范圍 60m玻璃鋼尺 110m銦瓦尺 100m折疊條碼尺 100m銦瓦尺2 60m玻璃鋼尺2 100m銦瓦尺6 100m玻璃鋼尺6 100m玻璃鋼尺 100m最小顯示測量時間3秒3秒4秒3秒4秒放大倍率24X32X32X32X28X補償范圍177。1039。177。1039。177。1039。177。1039。177。1039。補償精度177。177。177。177。177。（3）不同電子水準儀的不同點：由于各廠家的標尺編碼規(guī)則不同，電子讀數(shù)的原理也不同，導致不同廠家的產(chǎn)品在技術(shù)指標和性能上也有一些差別。下面對徠卡、天寶和拓普康三個廠家的精密電子水準儀加以比較。①測量原理與編碼標尺規(guī)則不同:徠卡儀器采用相關(guān)法讀數(shù)，天寶采用幾何法讀數(shù)，拓撲康采用相位法讀數(shù)。②技術(shù)指標的差別:各廠家的電子水準儀由于設(shè)計思路不同，采用的原理不同，導致在技術(shù)指標上存在一些差別，如測量時間不同，對標尺條碼截取的范圍不同，計算方法不同等。③性能的差別:由于不同廠家產(chǎn)品的電子讀數(shù)原理不同，從而反映在它們的性能上也存在差別。④折光差:由于空氣中折射率的梯度的存在，對視線高的影響。當視線靠近地面時，由于受折光的影響，標尺影像將產(chǎn)生形變，導致光電傳感器圖形處理的困難，從而對電子讀數(shù)產(chǎn)生影響，造成折光差。但由于三種儀器的讀數(shù)原理不同，受折光差的影響大小也不同，天寶儀器受折光差的影響要小于其它兩種儀器。這主要是因為蔡司電子水準儀在讀數(shù)時，僅用到中絲上下各15cm的標尺截距，并沒有用的到全視場的條碼，所以當視線靠近地面時，受折光差的影響小，而其它兩種儀器利用視場中的所有條碼，靠近地面的條碼也參加讀數(shù)，而最后的判讀結(jié)果是所有這些條碼的平均值，所以受折光差的影響大。⑤紅外光線的影響不同徠卡NA系列電子水準儀具有“譜靈敏度”，即電子水準儀的探測器是利用光線的紅外部分接收和檢測條碼影像的。因此，在人工光線下進行測量時，如果紅外光成分較弱時，會造成測量誤差，甚至無法讀數(shù)。另外，對標尺像的背景色也有一定的要求，當標尺背景為紅色(如紅色墻等)或接近探測器的工作色譜時，則電子讀數(shù)將遇到困難，作業(yè)時應(yīng)加以注意。而天寶和拓普康的電子水準儀是利用可見光來接收和檢測條碼影像的，所以不受此影響，它們只要求標尺要有足夠的照明。⑥調(diào)焦對測量結(jié)果的影響不同天寶電子水準儀的標尺每2cm劃分為一個測量間距，其中的條碼構(gòu)成一個碼詞，每個測量間距的邊界由黑白過渡線構(gòu)成，其下邊界到標尺底部的高度，可以由該測量間距中的碼詞判讀出來，望遠鏡中絲照準的那個碼詞，被判讀出來后就可得到視線高讀數(shù)。這種讀數(shù)原理對條碼分劃邊沿的成像質(zhì)量要求高，要求調(diào)焦要清晰，否則對讀數(shù)將產(chǎn)生較大影響。而徠卡和拓普康的電子水準儀是利用視場中的每個條碼的中心線讀數(shù)，因此條碼成像質(zhì)量對讀數(shù)沒有多大影響，但是條碼成像模糊時，儀器會通過延長圖像處理時間來獲得讀數(shù)。但是也應(yīng)該注意，雖然通常調(diào)焦波動，對測量結(jié)果只產(chǎn)生微不足道的影響，但若是大量測量都是這樣，就會影響最后的測量精度。因此要獲得最佳的測量精度，每站的儀器調(diào)焦質(zhì)量也很重要。⑦對標尺遮擋的容許幅度不同在水準測量中，標尺不同部位常遭樹枝、雜草等障礙物遮擋，在山地或公路旁作業(yè)時更是如此。各廠家的電子水準儀在設(shè)計時也考慮到了這一點，因此在儀器出廠時都給出了此項性能指標。由于電子水準儀的讀數(shù)并不是采用編碼標尺上的某一處條碼刻劃，而是對視場中標尺截距編碼的平均值，因此允許標尺部分遮擋。只是不同廠家的儀器由于讀數(shù)原理和采用的條碼范圍不同，對標尺遮擋的容許幅度也不同。天寶的電子水準儀是利用對稱于視準軸上下各15cm的標尺編碼來讀數(shù)，即使視場中有多余的標尺編碼，也不參與讀數(shù)，這部分標尺被遮擋不影響測量值，若視距位于最小視距和幾米之間時(視場角是一定的)，落在視場里的編碼尺段只要有10cm就能觀測。同時，蔡司的電子水準儀具有標尺非對稱截距測量功能。但是，這類儀器的中絲附近條碼不允許遮擋。對于徠卡和拓普康的儀器，是利用視場中的所有條碼來進行讀數(shù)。當視距大于5m時，徠卡電子水準儀對遮擋的容許幅度一般為20%30%，當視距小于5m時，標尺稍有遮擋可能就無法讀數(shù)，而對中絲是否遮擋沒有特殊要求。（4）電子水準儀有廣闊的應(yīng)用前景,主要有：①高精度水準測量：NA3003被美國聯(lián)邦大地控制協(xié)會指定用作一等水準測量，其他如DL10DiNi10均可用于一、二等水準測量，可提高作業(yè)效率30%50%。②變形觀測：建筑物沉降觀測（將馬達驅(qū)動器附在電子水準儀上，為建筑物的沉降、隆起和垂直位移的自動監(jiān)測開辟了新的途徑）；大壩垂直變形觀測。③工業(yè)測量：機器、地基軸傾、轉(zhuǎn)臺精密測量。④連續(xù)精密測量：與計算機相聯(lián)，實時、自動連續(xù)測量。⑤地形測量：圖根導線點、碎步點測量。⑥線路測量：公路、鐵路、河道、隧道等縱、橫斷面測量。⑦建筑施工：放樣、抄平。（5）電子水準儀今后的發(fā)展方向：電子水準儀是一種功能很強的測量系統(tǒng)，操作簡單，測量速度比光學水準儀提高50%60%，易于實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化，所以肯定是幾何水準測量繼續(xù)發(fā)展的方向。今后電子水準儀將從以下幾個方面進行完善：改善補償器的結(jié)構(gòu)與安平精度；數(shù)字水準儀之所以能成功，主要是依賴于CCD技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，因為今后電子水準儀將隨著CCD技術(shù)和數(shù)字圖像技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展；改進測量程序與數(shù)據(jù)存儲軟件；增強儀器適應(yīng)環(huán)境的能力；使機內(nèi)系統(tǒng)邏輯增加對其他一些干擾，如亮度變化、補償器應(yīng)力釋放、傳感器時性改變等的改正。第二章 建筑變形觀測 建筑變形觀測概述建筑物在工程建設(shè)和使用過程中，由于基礎(chǔ)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不均勻，土壤的物理性質(zhì)不同，土基的塑性變形，地下水位的變化，大氣溫度的變化，建筑物本身的荷重（如風力，震動等）的作用，會導致工程建筑物隨時間的推移發(fā)生沉降，位移，擾曲，傾斜及裂縫等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為變形。工程建筑物的變形，按其類型可以分為：靜態(tài)變形和動態(tài)變形。靜態(tài)變形通常是指變形觀測的結(jié)果只表示在某一時期內(nèi)的變形值，也就是說，它只是時間的函數(shù)；動態(tài)變形是指在外力影響下而產(chǎn)生的變形，故它是以外力為函數(shù)來表示的動態(tài)系統(tǒng)對于時間的變化，其觀測結(jié)果是表示建筑物在某一時刻的瞬時變形。變形按時間長短可分為：長周期變形（建筑物自重引起的沉降和變形），短周期變形（溫度變化引起的變形）。按研究的范圍可以分為：全局性變形，區(qū)域性變形，局域性變形。按成因可以分為：人工干預變形，自然原因變形，綜合原因變形。所謂變形觀測，是用測量儀器或者專用儀器測定建筑物及地基建筑物在荷載和外力作用下隨時間變形的工作。通過變形觀測，可以檢查、各種工程建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)問題，確保質(zhì)量和使用安全；更好的了解變形的機理，驗證有關(guān)工程設(shè)計的理論和地殼運動的假說，建立正確的預報變形的理論和方法。 建筑變形觀測的分類變形觀測屬于安全監(jiān)測。變形觀測有內(nèi)部觀測和外部觀測兩方面。內(nèi)部觀測內(nèi)容由建筑物的內(nèi)部應(yīng)力，溫度變化的測量，動力特征及其速度的測定等，一般不由測量工作者完成。內(nèi)部觀測與外部觀測之間有著密切的聯(lián)系，應(yīng)同時進行，以便互相驗證和補充。外部觀測的內(nèi)容主要有沉降觀測、位移觀測、傾斜觀測、裂縫觀測和擾度觀測等。（1）沉降觀測它是指建筑物及其基礎(chǔ)在垂直方向上的變形(也稱垂直位移)。沉降觀測就是測定建筑物上所設(shè)觀測點(沉降點)與基準點(水準點)之間隨時間的變化的高差變化量。通常采用精密水準測量或液體靜力水準測量的方法進行。（2）水平位移觀測它是指建筑物在水平面內(nèi)的變形,其表現(xiàn)形式為在不同時期平面坐標或距離的變化。建筑物水平位移觀測是測定建筑物在平面位置上隨時間變化的移動量。 測定水平位移的方法很多,有常規(guī)的地面控制測量方法，如導線，前方交會法等；也有各專用方法，如基準線法，正、倒垂線法等。（3）傾斜位移觀測它是指建筑物因為地基的不均勻沉降或其他原因造成的。建筑物傾斜位移分為兩類：一類表現(xiàn)為以不均勻的水平位移為主；另一類則表現(xiàn)為以不均勻的沉降為主。傾斜觀測是用經(jīng)緯儀，水準儀或其他專用儀器測量建筑物的傾斜隨時間變化的工作。對于上述兩種傾斜一般采用不同的觀測方法，前者可采用先測出水平位移然后計算傾斜的方法，即所謂的“直接法”；后者可通過測量建筑物基礎(chǔ)相對沉降的方法進行測定，即先測出沉降后計算傾斜的方法，也就是所謂的“間接法”。（4）裂縫觀測它是指建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降，溫度的變化和外界各種荷載的作用，使得建筑物內(nèi)部的應(yīng)力大大超過了允許的限度，使得建筑物的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。測定建筑物裂縫發(fā)展情況的觀測工作即為裂縫觀測。（5）擾度觀測在建筑物垂直面上，各個不同高程點相對于底點不同的水平位移，稱為擾度。所進行的觀測稱為擾度觀測。 建筑變形觀測的特點與一般的測量工作相比，變形觀測具有以下幾個特點：（1）觀測的精度要求高：由于變形觀測的結(jié)果直接關(guān)系到建筑物的安全，影響對變形原因的分析和變形規(guī)律的正確分析，和其他測量工作相比較，變形觀測必須具有很高的精度。典型的變形觀測