精密水准测量在区域地面沉降监测中的应用

精密水准测量在区域地面沉降监测中的应用

孙彪

辽宁省地矿测绘院有限责任公司  辽宁  沈阳  110000

摘要：利用精密水准测量技术开展区域地面沉降监测精度高、可靠性强，但是水准监测点布设需要先验的区域地面沉降信息。后期可建立天地一体化地面沉降动态监测体系，融合精密水准监测、GNSS及时序InSAR监测等技术手段建立综合性的立体监测系统，开展全周期、多视角、高精度和系统性的监测工作，揭示地面沉降现象全貌，准确探究地面沉降分布和发育规律，为地面沉降灾害防治及城市建设决策分析提供精确依据。本文主要分析。

关键词：精密水准测量；地面沉降监测；数据处理；测量平差；灾害防治

引言

随着“中国制造”战略的实施和我国光学技术、机械技术、电子技术、信息处理技术的发展，国产仪器性能不断精进，但各项仪器检验指标是否满足国家高精度水准测量的规范要求，在高海拔地区，能否顺利开展长距离高等级水准观测工作，观测的成果数据质量如何是值得关注和研究的问题。

1、精密水准沉降监测原理

地面沉降在地表上最直接的反应就是地表高程的变化。在地面沉降监测区域内布设若干监测点，从稳定点出发对监测点进行定期精密水准观测以获取监测点高程值是利用精密水准进行地面沉降监测的基本思路。利用精密水准仪可测得基准点与监测点之间的高差，从而计算出监测点的高程值。通过多期观测，即可得到监测点在观测周期内的高程变化值，该值即为地面沉降量。高程变化值为正，表示地表抬升；高程变化值为负，表示地表沉降。根据大地测量学，水准测量获取的高程称为正常高，指水准点沿着正常重力线，即铅垂线到似大地水准面的距离。采用该技术开展地面沉降监测，即通过定期的水准测量，获取监测点在监测周期内的正常高变化值以反演地面沉降信息。

2、数字水准仪的测量原理

当前各厂家生产的数字水准仪的仪器结构、数据处理原理等方面不完全相同，但基本结构和测量原理相似，数字水准仪主要由主机身、条码尺、数据处理软件三部分组成，测量时标尺上的条码图案经过光反射，一部分光束直接成像在望远镜分划板上，供目视观测，另一部分光束通过分光镜转射到线阵电荷耦合组件传感器上，随后转换成电信号，经整形后进入模数转化系统转化为数字信号，输出的数字信号被送到微处理器进行处理和存储，并将其与仪器内存的标准码（参考信号）按一定的方式进行比较，即可获得编码标尺的读数。在使用数字水准仪进行水准测量时，为提高测量精度，应当使用与数字水准仪相配套的水准标尺，而且标尺面应该没有破损、污染等情况，确保在进行水准观测时能正常识别读数。

3、精密水准地面沉降监测

3.1沉降监测网布设与观测

由于精密水准监测是基于离散监测点的监测结果来反映区域地面沉降信息，因此在布设精密水准地面沉降监测网时，需要根据先验的区域地面沉降信息，在合适位置布设精密水准监测点。本文基于历史先验地面沉降信息，在重点沉降区布设精密水准沉降监测网。水准测量按照国标二等水准要求执行，采用徕卡LS15型水准仪及配套的铟钢尺进行施测。多期观测时均使用相同类型的水准仪、标尺和转点尺承担，并尽量保证观测人员的稳定性。观测过程中，严格进行测站设置，按照《国家一、二等水准测量规范》要求确保i角、前后视距差、累积视距差、视线高度、往返测不符值和观测时间等符合要求。

3.2做好水准线路设计

平整线应根据地面沉降监测区的实际情况设计，并应在设计过程中主要根据DZ0154-95的要求选择。在选择具体路线的过程中，必须严格遵守下列要求，以提高地面沉降监测的效率。例如，应考虑到测量区内地形波动的程度，为便于对地面沉降进行精确监测，在选择平整路线时，应尽可能在公路沿线或低坡度地区建立地面站此外，如果测量土壤具有土壤沉积特征区域，例如断裂区、构造带、深井、采空区等。在这种情况下，应尽可能在这些区域设置测量线，以提高测量的总体效率。同时，测量点必须位于地面振动较小且不受这些因素影响的区域。此外，在任何情况下，地面沉降监测地点的设置都应避免出现远距离情况，并尽可能避免在湖泊和地表地区进行测量，以避免距离过大和影响整体测量。

3.3精密水准测量在地面沉降监测中的应用分析

首先，在应用精度等级时，必须严格遵守有关标准的要求，例如测量土壤沉积水平的DZ0154-95和测量国家一级和二级的GB12897-2006。第二，应根据地面沉降监测区的实际情况设计平整线，在设计过程中，应主要根据地面沉降测量标准DZ0154-95的要求选择平整线。在选择具体路线的过程中，必须严格遵守下列要求，以提高地面沉降监测的效率。例如，应考虑到测量区内地形波动的程度，为便利对地面沉降进行精确监测，在选择平整路线时，应尽可能沿公路建立观测站，对于某些未铺设路面的地区，则应在地势较低的地区建立观测站此外，如果测量土壤具有土壤沉积特征区域，例如断裂区、构造带、深井、采空区等。在这种情况下，应尽可能在这些区域设置测量线，以提高测量的总体效率。与此同时，测量点应位于地面振动较小和大型车辆较少的区域，以避免受到这些因素的影响。此外，在任何情况下，地面沉降监测地点的设置都应避免出现距离很远的情况，并尽可能避免在湖泊和地表地区进行测量，以避免距离过大和整体测量受到影响。第三，措施中使用的规则必须严格符合有关要求。奇数规则通常按以下顺序进行测量:后向-前向-前向-后向。对于侧对站，规则顺序必须为“前-后-后-后-前”。此外，测量仪器应在监测前展平，望远镜应与后规对准，以确保地面沉降监测的可靠性和准确性。最后，为了提高对地面沉降监测实施精确测量的效率，测量操作人员必须特别注意测量中需要采取的一些预防措施以及相关的影响因素。例如，由于外部环境的影响，空气温度的重大变化可能会影响到数字刻度中的电子元件，从而可能导致观测数据错误。因此，当温度较高或较低时，应尽可能避免实地测量；三脚架必须与它们一起运输，特别是在地面质量较低的地区，仪器必须与三脚架固定在一起，以确保仪器的稳定性等。

3.4对水准仪沉降误差的控制

水准尺沉降的误差会使移站后的后视读数相对于移站前的读数增大，计算出的高差也会增大。如果采用正反向测量，则正反向测量高差增大，正反向测量高差减小。对于水平沉降的问题，在作业时要注意选择最佳的观测场地，如选择相对坚实的地面作为观测点，并踩上三角架和尺垫，使其稳定，避免水平沉降。

结束语

简而言之，水准测量、数据记录、相关计算和数据查阅都符合规范标准。这是一种严格的数据工程技术。工程技术人员有义务根据工程要求选择的现有平整标准对平整工程进行标准化。根据本软件计算结果验证结果，原理图绘制效果表明，水准测量行业数据处理(包括水准原理图绘制)可以实现信息化。在地面沉降监测过程中，应充分运用先进的测量技术，如，精密水准测量，充分发挥出现数字化技术的优势，切实提升精密水准测量在沉降监测中的应用效果。通过本文的分析，希望能够引起相关测量部门的重视，切实提升地面沉降监测数据的质量。

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