數(shù)字水準(zhǔn)儀的應(yīng)用研究

賀號(hào)洲

（邵陽學(xué)院 422000）

數(shù)字水準(zhǔn)儀的應(yīng)用研究

賀號(hào)洲

（邵陽學(xué)院 422000）

數(shù)字水準(zhǔn)儀作為現(xiàn)代科技最新發(fā)展的結(jié)晶，是20世紀(jì)90年代逐漸發(fā)展起來的測繪儀器，它集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)為一體，代表著測繪儀器今后的發(fā)展方向。處于起步階段的國產(chǎn)數(shù)字水準(zhǔn)儀經(jīng)過近30年人類的大量研究逐漸實(shí)現(xiàn)了讀數(shù)的數(shù)字化，相信隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求以及新的編碼原理的提出，我國將會(huì)在未來不久研制出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水準(zhǔn)儀。本文首先介紹了目前常用的數(shù)字水準(zhǔn)儀的基本原理，在其基礎(chǔ)上論述了數(shù)字水準(zhǔn)儀在工程中的應(yīng)用研究。

數(shù)字水準(zhǔn)儀；應(yīng)用；研究

前言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，高精度檢測、測量領(lǐng)域中的測量設(shè)備、測量方法以及測量手段迅速發(fā)展起來。新的高精度的工程測量硬件和軟件設(shè)備相繼問世，并且迅速應(yīng)用于工程測量的各個(gè)領(lǐng)域，使得現(xiàn)代精密型工程測量從手段和方法方面取得了突破性進(jìn)步。數(shù)字水準(zhǔn)儀作為一種先進(jìn)的測量儀器，具有精度高，效率高和讀數(shù)客觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，有望在不久的將來取代光學(xué)水準(zhǔn)測量儀器。

1 數(shù)字水準(zhǔn)儀的基本原理

1.1 數(shù)字水準(zhǔn)儀的基本組成

數(shù)字水準(zhǔn)儀又被稱作電子水準(zhǔn)儀，是在自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，現(xiàn)在各大廠家采取基本一致的結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)，由光學(xué)機(jī)器部分、自動(dòng)安平補(bǔ)償裝置和電子設(shè)備組成其基本的構(gòu)造，其中電子設(shè)備是由光電傳感器、讀取電子元件、單片微處理機(jī)、CSI接口、數(shù)據(jù)處理軟件、標(biāo)尺等組成，標(biāo)尺采用條形碼供電子測量使用。由于專利權(quán)的原因使得各公司標(biāo)尺的編碼方式和電子讀數(shù)2求值過程大不相同。

1.2 數(shù)字水準(zhǔn)儀的基本工作原理

就目前來看，數(shù)字水準(zhǔn)儀采取基本測量原理相似的三種自動(dòng)電子讀數(shù)方法：采用編碼標(biāo)尺，圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和儀器內(nèi)圖像裝置識(shí)別器。標(biāo)尺通過使用不同寬度的條碼組合來表示不同位置的尺面，在人工完成照準(zhǔn)調(diào)焦之后，水準(zhǔn)尺上的編碼圖像經(jīng)過望遠(yuǎn)系統(tǒng)、調(diào)焦鏡和分光鏡后一方面被成像在分劃板上，另一方面在線陣CCD上進(jìn)行光電的轉(zhuǎn)換，等到轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后進(jìn)入到模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，進(jìn)而將輸出的數(shù)字信號(hào)送入微處理器中進(jìn)行儲(chǔ)存，將其按照一定的方式與內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)碼進(jìn)行比較從而獲得編碼標(biāo)尺的讀數(shù)。與傳統(tǒng)測量儀器相比較，數(shù)字水準(zhǔn)儀的精度高，讀數(shù)誤差較小，不存在人為的讀數(shù)誤差；在人工完成照準(zhǔn)和調(diào)焦后按鍵即可自動(dòng)生成數(shù)據(jù)并處理，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外的一體化，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了速度提高了工作效率。

2 數(shù)字水準(zhǔn)儀在測量工程中的應(yīng)用

“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”的基本框架基準(zhǔn)網(wǎng)根據(jù)工程項(xiàng)目的總體要求，計(jì)劃安排209個(gè)GNSS的基準(zhǔn)站水準(zhǔn)聯(lián)測。基準(zhǔn)網(wǎng)站的高程聯(lián)測的基本原則是：位于一等水準(zhǔn)路線旁邊的基準(zhǔn)網(wǎng)站按一等水準(zhǔn)觀測綱要進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測；二等水準(zhǔn)路線旁邊的基準(zhǔn)網(wǎng)站按二等水準(zhǔn)觀測綱要進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測。我國使用DiNi03數(shù)字水準(zhǔn)儀及其他觀測所需設(shè)備在2010年承擔(dān)并完成了14個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)站的聯(lián)測任務(wù)。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)5個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)站的誤差均在規(guī)定的一、二等限差范圍內(nèi)，由此更能說明數(shù)字水準(zhǔn)儀完全可以進(jìn)行精密水準(zhǔn)聯(lián)測。

為了提高數(shù)字水準(zhǔn)儀的測量精度和效率，作業(yè)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

2.1 儀器預(yù)熱問題

儀器首次測量如果不預(yù)熱時(shí)，容易出現(xiàn)讀數(shù)不準(zhǔn)、測量速度慢等現(xiàn)象，因此要針對(duì)性能特點(diǎn)和測區(qū)環(huán)境在測量前對(duì)儀器進(jìn)行預(yù)熱和測試，待儀器各性能及狀態(tài)穩(wěn)定后進(jìn)行測量。

2.2 光線問題

光線太強(qiáng)、不均勻或標(biāo)尺部分遮擋將會(huì)導(dǎo)致CCD信號(hào)產(chǎn)生飽和偏差進(jìn)而影響讀數(shù)。野外條件下，避免標(biāo)尺受樹葉等遮擋，同時(shí)應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范要求使成像清晰穩(wěn)定。據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：無論何種遮擋，只要儀器可讀數(shù)，則可能出現(xiàn)的最大偏差為0.5mm上下，視場遮擋的比例越大對(duì)讀數(shù)的影響越大；動(dòng)態(tài)遮擋對(duì)讀數(shù)影響較小，所以在野外測量時(shí)，要盡量避免標(biāo)尺被遮擋。

2.3 地面震動(dòng)對(duì)測量精度的影響

由于地面震動(dòng)造成的標(biāo)尺成像在視場中上下跳動(dòng)，將會(huì)出現(xiàn)讀數(shù)不準(zhǔn)的現(xiàn)象，據(jù)有關(guān)資料顯示給出結(jié)論：震動(dòng)源距標(biāo)尺越近產(chǎn)生的影響越大，在觀測時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生約0.2mm的影響，因此說，在觀測時(shí)最好避開強(qiáng)震動(dòng)。

3 結(jié)束語

數(shù)字水準(zhǔn)儀作為水準(zhǔn)測量儀器的發(fā)展趨勢，具有自動(dòng)讀數(shù)、作業(yè)效率高、操作簡便、高防水性能、測量速度快、減輕作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度、采用GPS模塊自動(dòng)記錄和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)或直接電腦操作的特點(diǎn)，推向市場以來，受到顧客的青睞，并迅速應(yīng)用于路線水準(zhǔn)測量、水文基準(zhǔn)測量、變形監(jiān)測、工業(yè)測量等多種領(lǐng)域。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段我國數(shù)字水準(zhǔn)儀的生產(chǎn)研制還處于起步階段，但是隨著科學(xué)技術(shù)越來越先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)水平更高，相信在不久以后我國也能研制出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字水準(zhǔn)儀。對(duì)水準(zhǔn)儀的功能進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)測量過程中的小投資大收益的目標(biāo)。

[1]龔真春，李偉峰，薛寵.數(shù)字水準(zhǔn)儀測量精度分析及其在工程中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2012（02）.

[2]許嬋，肖小平，劉源.數(shù)字水準(zhǔn)儀的工作原理及其在測量工程中的應(yīng)用[J].2012（12）.

[3]國海峰.數(shù)字水準(zhǔn)儀的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（06）.

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A

1673-0038（2015）52-0208-01

收稿日期：2015-12-2

賀號(hào)洲（1993-），男，漢族，湖南湘潭人，本科，研究方向?yàn)闇y繪工程。