数字水准仪使用

数字水准仪使用（精选8篇）

篇1：数字水准仪使用

数字水准仪的使用

下面将以徕卡第二代数字水准仪DNA03和拓普康数字水准仪（DL-101C、DL-102C）为例，简述数字水准仪的使用。1.徕卡数字水准仪DNA03 1）DNA03的外形和主要部件

数字水准仪DNA03的外形如图2-31所示。

图2-31 数字水准仪DNA03的外形

2）DNA03的主要部件

数字水准仪DNA03的主要部件及名称如图2-32所示。

图2-32 数字水准仪DNA03的主要部件及名称

3）DNA03的常用键盘（1）固定键 INT：碎部测量 MODE：设置测量模式 USER：用户自定义键 PROG：应用程序 DATA：数据管理

ESC：从测量程序中退出或在编辑状态下逐步恢复原始参数。退出或停止测量功能

SHIFT：开关第二功能键和转换输入数字或字母 CE：删除字符或信息，取消或停止测量

：确认键，继续下一栏（2）组合按键

SET OUT（SHIFT + INT）：启动放样

INV（SHIFT + MODE）：测量翻转标尺（标尺0刻度在上），只要翻转功能被激活，仪器就显示“T”符号，再按INV键恢复测量正常标尺状态。

FNC（SHIFT + USER）：完成测量的一切功能

MENU（SHIFT + PROG）：调出菜单，包括仪器设置、系统信息、轴系检测。《Back（SHIFT +（3）输入键

0，1，„，9：输入数字，字母和特殊字符 ．：输入小数点和特殊符号 ±：输入正、负符号或特殊字符 4）水准测量

徕卡数字水准仪DNA03能进行各种等级水准测量，具体操作方法与过程如下。

（1）整置测站

数字水准仪与光学水准仪（自动安平水准仪）的设置测站过程类似，包括安置仪器、粗略整平和瞄准水准尺（条码尺）。）：返回到上一次视线

（2）开机

按开机键，进行开机。（3）仪器设置

【快速设置】：按组合键SHIFT + PROG（MENU），进入仪器的主菜单中，然后选择【快速设置】选项，按确认键之后，进入【快速设置】菜单。快速设置包含以下四项内容：Contrast是对比度，一般为系统默认即可。EarthCurv是指地球曲率改正，如果作业线路较长时，建议将此项打开，即选择“Yes”，否则一般选”NO”。USER‐Key是当前指定的用户自定义键，就是侧面红色快捷键，一般默认“测量”。Decimals是指测量数据的小数位数，其中包括0.001m、0.0001m和0.00001m，根据不同的等级水准选择不同的小数位数。

【测量模式】：按MODE键进入【测量模式】菜单。测量模式有三种，分别是： Single、Mean、Median。其中Single 是指单一测量模式，即n=1次；Mean是指取所有观测值的平均值模式，例 n = 2次（可选次数为2至99次）。仪器计算所有观测值的平均值。一般大多测量都选择该模式；Median是指取所有观测值的中间值模式，当测量次数为奇数时，取中间的观测值，当测量次数为偶数时，取两个中间观测值的平均值为观测值。

【线路测量】：按PROG键，进入【应用程序】菜单，然后按移动方位键选择【线路测量】，之后按确认键进入线路测量菜单，如图2-33所示。依次对线路测量进行作业-线路-设置-开始，便可进行数字水准测量。

设置作业：如果用当前作业，此项可不进行设置；如果不想用当前作业则在“作业”选项上按确认键后，进入【选择作业】菜单，通过选择“增加”选项来建立【新作业】。

设置线路：设置线路中包含以下几项内容, 其中Name是命名线路名，所命名 图2-33 线路测量菜单

不能与已有的线路名相同；Meth是观测方法：其中包括BF（后‐前）、aBF（奇数站：后‐前，偶数站：前‐后）、BFFB（后‐前‐前‐后）、aBFFB（奇数站：后‐前‐前‐后，偶数站：前‐后‐后‐前）、BBFF（后‐后‐前‐前）；PtID和H0是指开始时后视高程点点名和高程值；Stf1、Stf2是指标尺1和标尺2。

根据不同等级的水准测量，选择正确的观测方法，并且输入后视已知点名称、高程值后将光标移到确认处按确然键，这样线路设置完毕。

设置限差：【设置限差】菜单中，左侧是各种限差名称，右侧是“On” 或者“Off” 选项。根据规范要求，可以设置其限差值，移动方位键到“值”的位置，然后按确认键，进入【输入限差】菜单，通过数字键、方位键和确认键，输入相应的限差值。TDistBal是指测站前后视距差累计；MaxDist是指仪器到标尺的最大视距；StafHigh是指中丝读数到标尺的最大高度；StafLow是指中丝读数到标尺的最小高度；StatDif是指允许最大测站高差之差；B‐B/F‐F是指同一观测尺两次读数最大差。

（4）开始水准测量

先输入起始点点号和起始点高程，然后瞄准后视数字水准尺后，进行目镜和物镜调焦，使十字丝和水准尺成像清晰，否则会存在调焦误差，并且仪器不予读数。测量时尽量要让竖丝在水准尺的中间，并且上下丝没有遮挡，然后按水准仪右侧红色的测量快捷键进行测量。仪器两次读数后（测量模式为两次），此站后视测量就完成了。同时观测尺指示光标指向了“F”，提示下一步要进行前视测量。仪器瞄准前视水准尺后按测量快捷键进行前视测量。根据仪器提示的观测顺序，进行每一站的水准测量，直到水准测量结束。

在测量过程中需要注意的是，只要超过了设置的限差，仪器就会提示超限。超限情况可能会随时发生，但不要惊慌，一般仪器会有两个选项：“忽略”和“重测”。如果选择“忽略”则继续测量，如果选择“重测”，则指示光标会自动退到你该重测的位置，进行重测。一般超限后，建议重新测量。因为只有保证每一站测量质量，才能最终确保整条线路的质量。

2．拓普康数字水准仪(DL-101C、DL-102C)1）拓普康数字水准仪(DL-101C)的外形如下图2-34所示。

图2-34 拓普康数字水准仪 2）仪器的设置

拓普康数字水准仪相对来说，操作比较简单，在开机之后，进行水准测量之前要进行一些功能的设置，其设置共16项，按[SET]键分别设置即可。

（1）Check Battery：检查电压

此功能用来查看数字水准仪中的电池容量，正常工作容量为7～8伏。（2）Set Measure：设置测量方式

测量方式有三种形式：一是Single（单次测量）,是指只测一次中丝读数。进行三、四等水准测量和图根水准测量时选择此项设置；二是Cont（连续水准测量），是指连续不断地进行中丝读数。进行工程测量有时选择此项设置；三是N Time（N次水准测量），是指多次进行中丝读数，然后取多次读书平均值。N的取值范围为2～9。进行一、二水准测量时选择此项设置，实测时N一般设置为2，最大设置为3。

（3）Set Fix：设置最小读数

最小读数设置有以下两种类型：一是Precise（精确型），此项设置DL-101C最小读数为0.01mm；DL-102C最小读数为0.1mm。进行国家一、二水准测量或精密水准测量时选择此项设置。二是Standard（标准型），此项设置DL-101C最小读数为0.1 mm；DL-102C最小读数为1mm。进三、四水准测量和图根水准时选择此项设置。

（4）Set Item：设置格式

设置格式有以下两种形式： Extended（扩展格式）和Standard（标准格式）（5）N Display：设置数据显示时间

显示时间是指测量数据在屏幕上显示停留时间的多少，N的取值范围为1～9

秒，实测时一般取3～5秒。

（6）Display Uint：设置距离单位 距离单位有两种： m(米)和ft(英尺)。（7）Out Module：设置数据记录方式

数据记录方式有以下三种方式：一是Ram(内存)；二是Rs-232(外存)；三是Off(不存)（8）Point Number：设置点号

设置点号就是给立尺点自动按自然数顺序编排点号，设置点号有以下两种方法： Increment（递增）和Decrement（递减）

（9）File Out：数据输出

要把数字水准仪内存中的数据传到计算机中进行此项设置。此项设置完后，仪器屏幕上出现[Rec Our Esc]，若要进行数据传输则按[Rec]键；若不数据传输则按退出键[Esc]。

（10）Set Comm：设置通讯参数

数据通讯时需要设置通讯参数，通讯参数有以下三种：一是Baud（波特率），波特率选项有：9600，19200，4800；二是Parity（奇偶性）。奇偶性选项有： Odd（奇检验）、Even（偶检验）、None（无检验）。一般设置为 None（无检验）；三是Term（回车换行）。回车换行选项有:On和Off。一般设置为On（11）Auto Cut Off：自动关机（12）Set Bright：设置屏幕亮度（13）Set Light：设置屏幕背景光

此项设置有：On和Off。设置On时背景灯打开（光线暗时设置此项）；设置Off时背景灯关（光线正常时设置此项）。

（14）Check Time：设置日期与时间（15）Inverse Mode：设置标尺翻转模式

此项设置有两种方式：Use（使用），此项设置是在测量标尺翻转时进行，测量时将条码水准尺倒立零点在上；Not Use（不使用），通常水准测量时使用。

（16）Swing Correct：设置漂移改正 3）水准测量

拓扑康电子水准仪能进行各种等级水准测量，具体操作方法与过程如下。（1）整置测站

（2）开机、调用程序：开机。按MENU（菜单）键，再按翻页键，屏幕显示Leveling(水准测量)，按回车键，屏幕显示Start Leveling(开始水准测量)，按回车键，屏幕显示Job No J01，J01为当前作业文件名。如果用该文件名，按回车键即可；如果不用该文件名，则要输入自己选择的文件名。

（3）选择观测顺序：文件名输入完后，按回车键，显示（按滚动键先后显示）三个观测顺序，即Leveling B1 F1 F2 B2、Leveling B1 B2 F1 F2和Leveling BF。进行国家一、二水准测量或精密水准测量时选择Leveling B1 F1 F2 B2；进行三、四等水准测量时选择Leveling B1 B2 F1 F2；进行图根水准测量时选择Leveling BF。

（4）输入测站限差

水准测量等级不同其限差的大小也不同，在选择观测顺序后，按回车键确定，显示Evlimit，在Evlimit后输入相应的测站限差。回车后显示[[BM NO？B01]。

（5）输入起始点点号

当前起始点点号在 BM NO？B01中为B01，若输入其他点号直接改写即可。然后回车，显示GH？。

（6）输入起始点的高程

在GH？后输入起始点的高程，然后回车。显示infor 1,回车；显示infor 2 回车；显示infor 3，再回车。显示Back1 Pn B01。

（7）开始水准测量：根据所选观测顺序，仪器会提示具体操作，然后按DIST键测视距离，按MEAS键进行中丝读数即可。待第一个测站观测完毕后。根据提示用同样的方法进行第二个测站、第三个测站„„直到最后一站的观测。最后应作结束测量。

（8）结束测量：一条水准路线观测完后必须作结束测量，否则程序不允许进行下一条水准路线测量，作结束测量的操作过程有三种，根据不同的情况，选择不同的选项即可。一是按MENU键，显示Cont Leveling，再按翻页键，显示Close Leveling,该功能表示要进行结束测量，按回车键确定；二是结束点为过渡点，当显示End of CP时,则按回车键，即在过渡点上结束测量；三是结束点 20

为已知点，按翻页键，显示End of BM,按回车键。显示BM NO？ B02，输入已知点点号，即更改当前显示的已知点号B02，按回车键。输入已知点的高程，按回车键„„按回车键，即在已知点上结束测量。

篇2：数字水准仪使用

一、水准仪的使用

水准仪的使用包括：水准仪的安置、粗平、瞄准、精平、读数五个步骤。

（一）安置

安置是将仪器安装在可以伸缩的三脚架上并置于两观测点之间。首先打开三脚架并使高度适中，用目估法使架头大致水平并检查脚架是否牢固，然后打开仪器箱，用连接螺旋将水准仪器连接在三脚架上。

（二）粗平

粗平是使仪器的视线粗略水平，利用脚螺旋置园水准气泡居于园指标圈之中。其方法如图9-10（a）所示，气泡未居而位于a处，先按箭有关当局

所指的方向用手相对转动螺旋1和2，使气泡移到b的位置，如图9-10（b）；然后再转动脚螺旋3使气泡居中。在整平过程中，气泡移动的方向与大姆指运动的方向一致。

（三）瞄准

瞄准是用望远镜准确地瞄准目标。首先是把望远镜对向远处明亮的背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝最清晰。再松开固定螺旋，旋转望远镜，使照门和准星的连接对准水准尺，拧紧固定螺旋。最后转动物

镜对光螺旋，使水准尺的清晰地落在十字丝平面上，再转动微动螺旋，使水准尺的像靠于十字竖丝的一侧。

（四）精平

精平是使望远镜的视线精确水平。微倾水准仪，在水准管上部装有一组棱镜，可将水准管气泡两端，折射到镜管旁的符合水准观察窗内，若气泡居中时，气泡两端的象将符合成一抛物线型，如图9-1（a）所示，说明视线水平。若气泡两端的象不相符合，如图9-11（b）所示，说明视线不水平。这时可用右手转动微倾螺旋使气泡两端的象完全符合，仪器便可提供一条水平视线，以满足水准测量基本原理的要求。注意？气泡左半部份的移动方向，总与右手大拇指的方向不一致。

（五）读数

用十字丝，截读水准尺上的读数。现在的水准仪多是倒象望远镜，读数时应有上而下进行。先估读毫米级读数，后报出全部读数。如图9-12所示，尺上的读数为1.456m。

二、水准测量的方法

当待测高程的两点距离较远或高差较大时，不能在两点间安置一次仪器，就能读得两水准尺上的读数，应按下述方法分站进行测量。如图9-13所示，已知水准点BM1的高程为365.427 m现拟定A、B两点的高程，其方法步 骤如下：

（一）在BM1点且距BM1点约100~200处找寻一点TP1，地面不松软时可立水准尺，地面松软时，可置尺垫于地面踩实后，立尺。

（二）在BM1与TP1中间选定一点I安置仪器（称为测站）进行粗平。

（三）后视（瞄准）BM1点上的水准尺，经精平后读数得0.823m（称为后视读数a1）,记入手薄后视栏内，如表1所示。

工程名称

观

测

日

期

记

录

表----1 测 站

测 点

后视读数 a(m)

前视读数 b(m)

高

差（m）

BM1 365.427

水准测量手薄

高

程（m）

+

天

仪

备

气

器

注

0.823

Ⅰ

TP1

2.769

0.145

0.678

366.105

Ⅱ

TP2

1.371

0.854

1.915

368.020

Ⅲ

A

368.381

TP2

367.075

Ⅳ

B

365.404

计

算 校

核

∑a=5.397 b=-5.420

∑+2.593 ∑-2.616

-365.427

1.010

0.434

2.316

2.105

∑b=5.420

∑-2.616

365.404 因A点是插前视不参加校核计算

h=-0.023

0.361

0.945

1.671

-0.023

-0.023

（四）转动望远镜，前视（瞄准）TP1点尺上的读数得0.145m（称为前视读数为b1），记入手薄高视栏内。

（五）BM1与TP1两点的高差

h=a1-b1=0.823-0.145=+0.678m记入手薄“十高差”栏内。

（六）搬动仪器于Ⅱ点，移动BM1尺于TP2点，同法读取TP1尺上的后视读数a2，TP2尺上的读数b2则TP1与TP2的高差 b2=2.769-0.854=+1.915m

记入手薄。余此类推。

（七）计算各点高程。如TP1的高程

HTP1=HBM1+h1=365.427+0.678=366.105m

TP2点的高程 HTP2=HTP1+h2=366.105+1.915=368.381 余此类推。将以上计算结果，分别记入各点的“高程”栏内，详见表9-1。

（八）计算校核。为了检查计算是否有误，可用公式 bBM1-B=HB-HBM1=∑a-∑b=∑h

(5)进行计算校核。

篇3：数字水准仪的应用研究

目前, 现代的科学技术发展的非常迅速, 在测量方面, 采用的设备、方法以及手段都在进步。在工程测量里, 精度要求较高使用的硬件以及软件等仪器都在不断的出现, 并且在各个工程测量的领域都被迅速的采用, 所以, 在测量的精度要求比较高的工程里, 所使用的手段一直都在进步。数字水准仪所采用的技术已经是比较靠前的了, 它拥有很多优点, 例如:测量精度高, 测量效率高等, 用不了多久, 数字水准仪就会将光学水准测量仪器代替掉。

1 数字水准仪的基本原理

1.1 数字水准仪的基本组成

电子水准仪其实就是数字水准仪, 它的发展是以自动安平水准仪为基础的, 目前, 各个厂家生产时所采用的结构都是一样的, 它的组成包括:自动安平补偿装置、电光学机器部分以及电子设备, 其中的电子设备组成又包括:读取电子元件, 单片微处理机和数据处理软件等, 电子测量使用时使用的标尺采用的是条形码。因为专利权这方面的问题, 所以各个公司都会标尺的电子读数以及编码方式。

1.2 数字水准仪的基本工作原理

目前, 数字水准仪选用的图像数据处理系统、仪器内图像装置识别器和采用编码标尺这三种自动电子读数方法的基本测量原理是相似的, 标尺在表明不同地方的尺面时是通过使用不一样宽度的条码组合来实现的, 在照准调焦以后, 一方面, 经过望远系统、分光镜以及调焦镜以后, 水准尺上的编码图像在分划板上成像, 另一方面, 光电的转换是在线阵CCD上进行的, 模数转化系统是在转换成电信号以后进行的, 然后, 微处理器把输入的数字信号储存起来, 使其以一个确定的形式和内存标准码对比一下, 这样就可以知道编码标尺的读数。以前, 测量时的准确度不高, 会产生较大的误差, 现在, 采用数字水准仪进行测量, 不仅测量的更加精确, 产生的误差也很小, 而且不会因为人的因素产生误差, 读数还可以通过按键自己生成, 并且进行处理, 使内部和外部成为一体的, 劳动的强度降低了, 工作效率也被提高了。

电子水准仪也就是数字水准仪, 其根本的组成包括光学机械部分、电子设备预计自动安平补偿装置。电子设备的组成有光电传感器线阵CCD、调焦编码器、显示器件和单片微处理器等。它的发展是以自动安平水准仪为基础, 如果采用以前的水准标尺, 数字水准仪就可以作为一个简单的自动安平水准仪进行测量工作。不过这个时候得到的数值不够准确。在无光学测微器的时候, 数字水准仪要和普通的标尺一起使用, 这样, 得到的数值就会更加精确。

2 数字水准仪在测量工程中的应用

在对“陆态网络”的框架进行确定的时候, 要先考虑所要实行项目的总体要求, 在计划里, 确定的基准站水准联测共有209个。对于高程联测的基本原则必须要遵守, 即:对基准网站进行水准联测时, 采取那个阶段的水准观测纲要要根据在几等的水准路线附近。在2010年, 我们国家使用Di Ni03数字水准仪和别的观测设备实现了对14个基准网站进行水准联测, 根据相关的数据, 5个基准网站里在测量时得到的数值所产生的误差都很小, 都在限差范围里, 这个可以说明, 数字水准仪在水准联测时所测得的数据都是很精确的。

2.1 仪器预热问题

测量仪器在最开始测量时, 如果没有进行预热, 测量的速度就会比较慢, 而且读出的数据也不准确, 所以, 在仪器进行测量前, 要根据其性能特点以及测量区域里的环境对所需要使用的设备进行提前预热, 在所需使用的设备的性能都已经稳定了, 再进行测量。

2.2 光线问题

很多情况都会使读数产生误差, 例如:光线太强烈、不均匀或者标尺的部分被遮挡等, 在野外的状况下, 要使标尺完全的暴漏, 不能被任何东西遮挡任何部位, 并且还要使成像清晰稳定。根据相关的实验能够得到:任何物体遮挡标尺, 如果一起能够读数数据, 那么数据的误差在0.5mm左右, 遮挡的部位越多, 读数的误差就会越大;动态物质对标尺的遮挡产生的影响比较小, 所以当测量时处在野外时, 要最大限度的使标尺不被遮挡。

3 结论

数字水准仪以后肯定会不断的发展, 因为在测量时, 操作起来很简单, 也很方便, 并且还能够防水, 测量的速度也很快, 测量的效率高等, 在走向市场以来, 得到了消费者的喜爱, 被迅速的应用各个领域, 比如:工业测量、变形测量以及路线水准测量等。

4 总结

目前这个阶段, 我们国家的数字水准仪发展的还不是很好, 但是, 现在的科技水平已经越来越好了, 经济水平也越来越高了, 所以, 在不久的将来, 我们国家肯定也会生产出我们自己的数字水准仪。我们会对数字水准仪的更能进行进一步的研究, 要充分的利用现有的设备, 能够做到小投资大收益。

摘要：从1990年开始, 因为数字水准仪的速度快、精度高并且操作起来也很简单等优点, 数字水准仪被广大用户认可, 并且渐渐的在变形监测和工业测量等领域应用, 现有已经是水准测量仪器发展的时候。处于起步阶段的国产数字水准仪经过近30年人类的大量研究逐渐实现了读数的数字化, 相信随着经济发展的需求以及新的编码原理的提出, 我国将会在未来不久研制出拥有自主知识产权的水准仪。

关键词：数字水准仪,研究,数字化

参考文献

[l]唐务浩, 陈敬芬.大地测量仪器学[S].北京:测绘出版社, 1987:62-67.

[2]李青岳, 陈永奇.工程测量学[M].测绘出版社, 1995 (第二版) .

[3]GB12897一91, 国家一、二等水准测量规范, 国家技术监督局, 1991

[4]任道胜.数字水准仪应用于区域精密水准测量的有关问题研究[J].地壳形变与地震, 2000 (02) .

篇4：数字水准仪使用

摘要：作为新一代能够进行几何水准测量的数据收集与处理的水准仪，数字水准仪逐渐被广泛应用于各种领域。但是尽管数字水准仪在测量过程中产生的误差较其他的水准仪较小，但是仍然没能消除测量误差，本文介绍了国外学者对误差问题的最新研究结果，并提出了使用数字水准仪的若干建议，希望可以保障数字水准仪的测量精度。

关键词：数字水准仪；误差分析；校正建议

0 引言

传统光学水准仪采用等间距刻线加数字形式的传统标尺，人眼通过望眼镜进行照准和调焦，并以望眼镜分划板上叉丝为基准读取望眼镜准直线与标尺交点位置的刻度值。而数字水准仪是进行几何水准测量和数据采集与处理的新一代仪器，它是在瞄准标尺和调焦后，自动输出标尺位置信息。两种水准仪相比，数字水准仪具有读数客观、精度高、速度快以及效率高等优点，但是，即使数字水准仪的精确度较高，测量误差仍没有完全消除，因此，本文对数字水准仪的测量误差进行了分析，并对数字水准仪的使用提出了相应的建议。

1 数字水準仪测量系统成像原理图

数字水准仪测量系统成像原理图如图1及图2所示。在选择数字水准仪条码尺的设计参数时，必须考虑以下因素：

（1）近视距时，CCDproj应大于一个码区的宽度，否则会出现乱数的情况；

（2）远视距时，pixelproj应小于一个条码的最小宽度，否则光电传感器的一个像元将接收到多个条码的图像，这样就会出现条码图像信息互相干扰，无法快速确定物像比及视距。已有数字水准仪进行远视距测量时，有些仪器能够完全满足上述两个条件；

有些仪器则不能够满足条件（2）。如果不满足条件（2），则需要增加硬件或采用特殊的数据处理方法进行弥补。

图1 CCD传感器投射至条码尺示意图

图2 像元pixel投射至条码尺示意图

2 徕卡NA、DNA系列数字水准仪存在的周期误差

早在1991年，德国波恩大学Schauerte博士就发现NA2000数字水准仪在视距15m处，视线高读数中存在周期误差，其周期误差的振幅为0.35mm，周期为2.025mm；在7.5m视距处虽然也存在类似的现象，但幅值要小些。1996年，奥地利格拉茨大学的Reithofer博士对NA3003进行检测后也发现了类似现象。2002年，奥地利格拉茨大学Woschitz博士对一台NA3003进行了详细地研究，该台仪器所配的数据处理软件为当时的最新版SW-Ver.4.3，同样也发现在特殊视距处存在明显的周期误差。Woschitz博士对检定结果进行详细研究后发现：当像元在条码尺上的投影pixelproj与条码尺码元基本2.025mm之间存在式（1）的关系时，NA3003的视线高读数中存在明显的周期误差，详细结果见表1。

n·pixelproj=m·2.025mm（1）

表1 NA3003数字水准仪在特殊视距处存在的周期误差

在视距14.75～15.25m范围内，Woschitz博士还对可能出现的周期误差进行了详细的研究。在每个视距处，标尺每次移动0.148mm，共移动8mm。

为考察徕卡第二代数字水准仪DNA03是否也在某些特殊视距处存在周期误差，美国斯坦福大学的Ruland教授进行了试验，他发现DNA03数字水准仪在视距13.35m处也存在周期误差，但峰峰值<0.05mm，这说明徕卡公司采取了新的技术手段，基本克服了第一代数字水准仪存在的缺陷。

3 日本拓普康DL101C数字水准仪存在的周期误差

1999年，德国德累斯顿科技大学Wehmann教授就发现：当条码尺上存在阴影或条码尺位于明亮处而仪器位于阴暗处时，DL101会出现多达0.3mm的视线高测量误差。2000年，澳大利亚新南威尔斯大学的Rǜeger博士也发现：DL101C存在振幅为0.039mm的周期误差，为此，Rǜeger博士建议应对DL101C数字水准仪进行周期误差检测。

为寻找DL101C数字水准仪可能存在的周期误差，奥地利格拉茨大学Woschitz博士对软件版本为SW-Ver.302的一台DL101C数字水准仪进行了详细的试验。他的试验方案为：在1.8～30.0m的视距范围内，每隔2m视距对仪器进行一次系统精度检定，每次检定时使用的标尺范围为0.15m～2.85m，标尺每次位移3mm。

拓普康数字水准仪测量结果中的周期误差与仪器采用的两种数据处理方法相关。7m视距处，对于不同的标尺位置，出现了较大的偏差，其变化幅度为0.89mm；在9m视距处，仪器明显不能够确定是使用长视距还是使用短视距进行测量，当使用短视距测量模式时，视线高的平均测量偏差为0.19mm，当使用长视距测量模式时，则视线高测量存在明显的周期误差；当视距大于11m后，仪器采用了长视距测量模式，视线高测量存在明显的周期误差，但周期误差的振幅随着视距的增加而减小。

4 美国天宝德国蔡司DiNi11数字水准仪存在的周期误差

Woschitz博士对一台软件版本为SW-Ver.3.40的DiNi11数字水准仪进行了详细的研究，他在1.5～30.0m的视距范围内，每隔2m进行一次检定。随着视距的变化，采样间隔从0.025mm变化到0.1mm，条码尺移到范围为10·pixelproj，试验结果如图3所示。

图3 DiNi11数字水准仪的周期误差

从图3中可以看出，在几个特殊视距（5m、9m、11m、19m、30m）处，DiNi11数字水准的视线高读数中存在明显的周期误差，其峰峰最大值0.1mm出现在19m视距处。

由于仪器采用边缘探测的方式来确定条码尺图像的大小，这就要求当目视条码尺的图像清晰时，仪器CCD传感器也能够接收到清晰的图像。如果CCD传感器接收不到清晰的图像，则会产生较大的测量误差。对此问题，Woschitz博士在10.20m视距处进行了试验：他分别过度调焦25cm和调焦不足25cm，然后在图像不清晰的情况下进行系统精度检定。

篇5：水准仪使用说明书

长距离水准测量工作的连续性很强，待定点的高程是通过各转点的高程传递而获得的。若在一个测站的观测中存在错误，则整个水准路线测量成果受到影响，所以水准测量的检核是非常重要的。水准仪检核工作有如下几项：(一)、水准仪计算检核

计算检核的目的是及时检核记录手簿中的高差和高程计算中是有错误。式(2-7)为观测记录中的计算检核式，若等式成立时，表示计算正确，否则说明计算有错误。∑h理=H终-H始(2-7)(二)水准仪、测站检核

测站检核的目的是及时发现和纠正施测过程中因观测、读数、记录等原因导致的高差错误。为保证每个测站观测高差的正确性，必须进行测站检核。测站检核的方法有双仪高法和双面尺法两种。

1、在同一个测站上用两次不同的仪器高度、分别测定高差，用两次测定的高差值相互比较进行检核。即测得第一次高差后，改变水准仪视线高度大于10CM以上重新安置，再测一次高差。两次所测高差之差对于等外水准测量容许值为±6MM。对于四等水准测量容许值为±5MM。超过此限差，必须重测，若不超过限差时，可取其高差的平均值作为该站的观测高差。

2、双面尺法

在同一个测站上，仪器的高度不变，根据立在前视点和后视点的双面水准尺，分别用黑面和红面各进行一次高差测量，用两次测定的高差值相互比较进行检核。两次所测高差之差的限差与双仪高法相同。同时每一根尺子红面与黑面读数之差与常数(4.687M或4.787M)之差，不超3MM(四等水准测量)或4MM(等外水准测量)，可取其高差的平均值作为该站的观测高差，若超过限差，必须重测。(三)、水准仪成果检核

测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或是否超限。仪器误差，估读误差，转点位置变动的错误，外界条件影响等，虽然在一个测站上反映不明显，但随着测站数的增多，就会使误差积累，就有可能使误差超过限差。因此为了正确评定一条水准线路的测量成果精度，应该进行整个水准路线的成果检核。水准测量成果的精度是根据闭合条件来衡量的即将路线上观测高差的代数和值与路线的理论高差值相比较，用其差值的大小来评定路线成果的精度是否合格。

成果检核的方法，因水准路线布设形式不同而异主要有以下几种：

1、闭合水准路线

从理论上讲，闭合水准路线各段高差代数和值应等于零，即∑h理=0。

2、附合水准路线

从理论上讲，附合水准路线各段实测高差的代数和值应等于两端水准点间的已知高差值，即∑h理=H终-H始。

3、支水准路线

支线水准路线本身没有检核条件，通常是用往、返水准测量方法进路线成果的检核。

从理论上讲，往测高差与返测高差，应大小相等，符号相反。即︱∑h往︱=︱∑h返︱。

篇6：水准仪的使用方法介绍

1.安置安置是将仪器安装在可以伸缩的三脚架上并置于两观测点之间

首先打开三脚架并使高度适中，用目估法使架头大致水平并检查脚架是否牢固，然后打开仪器箱，用连接螺旋将水准仪器连接在三脚架上。

2.粗平粗平是使仪器的视线粗略水平，利用脚螺旋置圆水准气泡居于圆指标圈之中

具体方法：用仪器练习。在整平过程中，气泡移动的方向与大拇指运动的方向一致。

3.瞄准瞄准是用望远镜准确地瞄准目标

首先是把望远镜对向远处明亮的背景，转动目镜调焦螺旋，使十字丝最清晰。再松开固定螺旋，旋转望远镜，使照门和准星的连接对准水准尺，拧紧固定螺旋。最后转动物镜对光螺旋，使水准尺的清晰地落在十字丝平面上，再转动微动螺旋，使水准尺的像靠于十字竖丝的一侧。

4.精平精平是使望远镜的视线精确水平

微倾水准仪，在水准管上部装有一组棱镜，可将水准管气泡两端，折射到镜管旁的符合水准观察窗内，若气泡居中时，气泡两端的像将符合成一抛物线型，说明视线水平。若气泡两端的像不相符合，说明视线不水平。这时可用右手转动微倾螺旋使气泡两端的像完全符合，仪器便可提供一条水平视线，以满足水准测量基本原理的要求。注意：气泡左半部分的移动方向，总与右手大拇指的方向不一致。

5.读数用十字丝，截读水准尺上的读数

篇7：全站仪和水准仪学习使用总结

3月20日在崇州学习了水准仪和全站仪的使用，通过一天的学习和交流，我主要有这些收获。

第一，熟悉了水准仪的安装和使用，了解了全站仪的安装和基本操作步骤。可以使用全站仪进行测设和放样。

第二，通过学习和交流我明白仪器设备不仅本身价值贵重，而且在生产实际中必不可少，作用重大。在以后的实际操作和使用中必须注意对仪器设备的爱护和保养。我觉得主要应该做到这么几点。

1.安装仪器时应该轻拿轻放，脚架应搭设稳当，保证仪器安装好后不会倾覆。

2.拆卸仪器时应该将仪器放在仪器盒内，不能随意乱放。

3.每天上班前和下班时要对仪器进行检查，将仪器和附件装好，不能丢三落四。不能因个人失误造成仪器和设备的损坏。

第三，通过学习和交流，让我明白作为技术人员，在进行测量工作时，不仅要保证测设的速度，还要保证测设的质量。更要注重团队的配合和彼此的协作。

1.在架设仪器时应在保证安全、快速、稳当。选择合适的点，避免多次假设仪器。

2.在使用水准仪时读数应快而准确，做好记录。

3.在进行测量放样时，应注意保护仪器稳定，防止仪器出现晃动，避免不必要的重复工作。在保证精确的前提下尽量少移动仪器

4.团队应互相配合，注意交流，互相包容。应该多听听同事意见和建议，不懂不能装懂，有问题大家可以讨论和商量。

第四，通过一天的交流和学习，让我看到了我自身的很多不足，在以后的实际工作中应不断改正。

1.我只是比较熟悉水准仪的架设和使用，对全站仪的使用和操作比较生疏，在以后的工作中我需要多摸索和熟悉，提供仪器的架设速度，熟练对仪器的操作。

篇8：数字水准仪测量系统关键算法

数字水准仪是20世纪90年代初出现的新型几何水准测量仪器,具有测量自动化、速度快、精度高和读数客观等优点,是对传统几何水准测量技术的突破,代表了现代水准测量技术的发展方向。其最初的发展可追溯到六十年代,前民主德国大地测量学者开创了机车化水准测量方法,曾研制过窄束水平无线电波加主动水准标尺的测量系统,由于当时科学技术水平的限制而未获成功。七十年代至八十年代前西德先后研制过两种自动化测量系统,一种系统是扫平仪Telamat与主动水准标尺构成的测量系统,实验样机的测量精度达±1.47 mm/km。另一种系统是通过数字通讯方式在标尺站与测站间联络,实现读数自动化,实验样机在视距40 m时,一次观测高差中的误差不大于±0.1 mm。这两种系统的致命弱点是标尺构造复杂而娇嫩,极易损坏,故未能实现商品化生产。八十年代,欧美等国联合发展新的“快速精密水准测量系统”,该系统建立在双色测角原理基础上,很好地消除了垂直折光的影响,但测量方法仍是三角水准测量方法,只是测角系统采用双色法[1]。1990年瑞士LEICA公司推出世界上第一台数字水准仪NA2000,首次采用数字图像技术处理标尺影像,并以行阵传感器取代观测员的肉眼获得成功。随后,德国ZEISS、日本TOPCON和SOKKIA等公司均生产出拥有自主知识产权的数字水准仪。我国由于编码规则、刻划工艺和解码原理等一些关键技术难点没有解决,目前尚无产品面世[2],但北光、南方绘测、苏一光等国内测绘仪器公司都在积极研究开发中。其中,数字化读数是实现水准测量自动化的技术难点[3,4,5,6,7],本文对正弦条码标尺的编码规则和解码算法进行较系统的探讨,并给出了一般计算公式和设计实例。

2 水准测量系统基本原理

水准测量是高精度高程测量的主要方法,它不是直接测定地面点的高程,而是测出两点之间的高差。即在两个点上分别竖上水准尺,利用水准仪建立一条水平视线,通过望远镜分别读取两水准尺上的高度值作差,从而由已知点的高程求出未知点的高程。十多年来,数字水准仪在中、高精度水准测量方面已获得了长足的发展,其测量精度已达到0.3～0.5 mm/km。

数字水准仪的测量系统原理图如图1所示,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,供目视瞄准和调焦;另一部分光束通过分光镜转折到CCD传感器上,经光电、A/D转换成数字信号,通过微处理器DSP进行解码,并与仪器内存的参考信号进行比较,从而获得CCD中丝处标尺条码图像的高度值。传统刻度尺的自动化读数需要面阵图像传感器,且须识别数字符号[8],算法复杂、难度大。采用条码标尺代替传统标尺[9],则只需一维图像传感器,结构及算法得到极大简化。

3 编码与定位原理

根据采样理论,当采样频率大于2倍的正弦信号频率时,采样数据就能完整地恢复出原连续正弦信号。对周期满足Τa<Τb,其最小公倍数z=ΤaΤb/(Τb-Τa)的两正弦信号以等间隔∆L(1/∆L>2/Τa,1/∆L>2/Τb)采样,得到不同数字频率ω=2π∆L/T,初相位ϕ,带有一定直流分量d的离散信号,即

其中:采样点i=1,2...,z/∆L,A、T和ϕ分别表示正弦信号的振幅、变化周期和初相角,量纲分别为mm、mm和rad。以各采样点为中心,采样值为宽度绘制Α、Β条码,引入参考码R,其固定不变的宽度便于CCD识别,以确定一个采样周期长度的定位,从而提高标尺读数精度和利于求视距。三种码沿着一维方向等间距(∆L/3)交替排列,如图2所示。

则上述两信号在任一采样点x(i)=∆Li处的相位差可表示为

可见,在小于标尺长度z时,两信号的相位差∆ψ、采样值组合(Υa(i),Υb(i))都与x(i)保持一一对应的映射关系。

正弦条码标尺数字水准仪正是利用上述特点实现测量定位的。

4 解码算法

正弦条码标尺通过CCD传感器得到的图像信号是一带限信号,对此信号序列处理方式的不同会产生不同的解码算法。

4.1 相位差法

相位差法对正弦信号序列的处理是通过傅里叶变换求初相位进行的。设条码图像通过识别后[10],得到长度为N的理想加窗信号序列

其中采样点i=1,2,...,Ν,ω0为该码(A码或B码)序列的已知数字频率,θ0为序列首码的相位值,w[i]为单位矩形窗序列。

为了消除加窗作用的影响[11],对式(3)作长度为Μ(Μ≥Ν,且为序列数字周期Τ/∆L的整数倍)的傅里叶变换得:

取ω=ω0,则W[ej0]=M,W[ej2ω0]=W[ejω0]=0。设S[ejω]在ω=ω0处的值已通过离散傅里叶变换算出为S[ejω0]=rejδ,其中r、δ分别为序列傅里叶变换的幅度谱和相位谱,则θ0=δ+π/2。如此确定序列首组A、B码的相位,再利用正弦信号的内在特点进行修正:数字频率为ω=2π∆L/T的正弦条码的所有初相位仅有T/∆L种可能,必定是ωi+ϕ(0≤i

结合式(2)得到测量高度计算式为

相位差法通过傅里叶变换提取同类码序列的初相位,修正后经线性运算,换算出图像中丝处的相位,作差后得到测量高度值。该法因序列初相位只有已知的有限种可能,因此可以对比修正,减少了计算误差。

4.2 码宽匹配法

码宽匹配法是根据编码标尺中任意一组条码宽度的组合与标尺的高度值具有单值性这一特点实现水准测量定位的。它在编码时存在A、B码的条码宽度需同时匹配和表征标尺高度的基准设置二个问题,前者需精心选取正弦信号参量,以使相邻条码的宽度值变化明显;后者要求便于几何中心定位,可选A、B码的中心为基准。

设计解码标准库,它由每组条码的高度基准序号i、条码宽度组合(Υa(i),Υb(i))及对应的高度值x(i)=(i-1)∆L+x0三项内容组成,其中x0为第1个基准对应的高度值。码宽匹配法解码分高度基准定位和几何法修正两步。

高度基准定位:CCD传感器存储的是倒立实像,设每个像素宽度为p,离图像中丝位置最近的基准m对应的A、B码像素数分别为ga、gb,两个R码之间的像素数为gr,则物像比λ=∆L/pgr,A、B码图像表征的实际宽度分别为Υa(m)=λpga、Υb(m)=λpgb。根据码宽组合(Υa(m),Υb(m))在标准库查找最佳匹配信息,得到高度基准序号数m。

几何法修正:设第i个基准在CCD线阵上的虚拟成像为Zi,Zi到中丝的像素数为gi,则距离为pgi,pgi在光轴之上取负值,之下取正值。用第m个和第m+1个基准的间距(∆L)测量时,由相似三角形求得:

测量高度为

为了提高精度,取第m个基准上面h个、下面k个共计(h+k+1)个基准间距进行平均计算(见图3),于是物像比为

测量高度值计算公式为

码宽匹配法先以识别出的条码宽度与解码库参考信息进行对照,确定离图像中丝最近的高度基准序号数,再通过几何法精测出标尺高度值,算法简单,而且只有一组条码时也能进行读数,但存在两种条码宽度的同时匹配问题,需精心选取正弦曲线参量。

5 算法实现与实验结果

根据上述解码算法的不同特点,设计条码标尺。取两正弦信号参量为Aa=Ab=4 mm、da=db=5 mm、Ta=300 mm、Tb=330 mm;采样间隔∆L=30 mm,首个基准高度x0=15 mm。

对于用相位差法解码的标尺条码,取ϕa=π/2、ϕb=0,相位在端点错开π/2,以确保标尺端面零点位置相位差具有唯一性。

对于用码宽匹配法解码的标尺条码,取ϕa=π/4、ϕb=π/11,以使同类码相邻码宽差距较大。表1所示为其第一个周期内的部分参考信息,其它位置的编码按此规律依次排列即可。

为验证算法设计的正确性和可行性,基于上述算法思想和去干扰、边缘检测、图像识别等图像处理技术,利用VC++6.0编译标尺条码图像自动读数软件系统,进行了模拟读数测量实验。软件系统处理的对象为数码相机拍摄的条码图像,处理方法为:软件系统读入图像文件后,取行阵扫描图像得到各条码灰度值,通过阈值处理,确定黑条码位置及相对距离,再根据文中所述算法求出读数。数据获取的初始条件是图像按编码方式无弯曲、倾斜显示。部分实验读数结果如表2所示,可以看出,在标尺范围内任一条码所处位置的高度读数误差控制在±0.4 mm内,两种读数方法的实验数据精度由标准差公式算得分别为0.27 mm和0.30 mm,结果表明了解码算法的有效性。

mm

6 结论

模拟读数实验结果表明:在完成编码标尺图像信息的去干扰、边缘检测等图像处理后,利用本文的条码识别算法能够识别出编码标尺读数,证明了算法在设计方案、原理上的可行性。将算法与图像处理模块烧至硬件设备组成样机,进行实际测量将在下一步进行。

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