水准仪测量

水准仪测量（精选十篇）

水准仪测量 篇1

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。

参考文献

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测量实习报告.(水准仪) 篇2

建筑施工与管理（专科）专业

实习报告

题目:

姓名:

学号:

教 学 班:

分校工作站:

完成日期： 水准测量 王霞 1162001401355 2011春建管专业 白银分校平川工作站 2012年11月20日

建筑测量是建设工程的基础，是一切分部分项工程施工的依据。从事建筑工程施工与管理的技术人员应当具备测量学的基本知识和技能。所以我们为了加深对测量理论与实践的紧密结合、加强我们的实践操作能力，特安排了一次测量实习。

1． 实习地点及特征

实习安排在位于山沟里。地形复杂，整条沟呈南北走向，沟深约在40m左右，长约2.5Km，右岸山坡坡度较陡沟顶往下2.5m时坡度陡然变为悬崖。左岸坡度较缓，但山脊山谷如麦垄一样，重叠相间，沟内小山丘呈散状分布，沟底地形起伏较大，测量难道较大。这次测量实习的任务就是绘制该地1：1000的地形图。

2．测量仪器和绘图工具

本次测量实习所用测量仪器有：水准仪、经纬仪、塔尺、花杆、尺垫、钢尺。绘图工具有：直尺、圆规、量角器、铅笔和橡皮等。

3．测量方法步骤

首先是控制点的测绘。根据测量原则，先控制后碎部，采用闭合导线来控制整个沟。主要完成控制点的平面测量、高程控制测量和角度测量。

在测量中控制地形，首先要根据实际地形找出控制点。在技术人员的指导下，进行了控制点的踏勘选点，踏勘选点有四个要素：a.点与点之间必须通视，便于测角、测距。b.点位应视野开阔，地形坚实，便于

安装仪器。C.相邻导线边长应大致相等。d.导线点长也有要求，一般不易大于0.8Km。根据以上理论要点，在实际地形中选择了8个符合要求的控制点并在控制点上打了木桩，做了容易找到的明显标记，这是很重要的环节，控制点不可以动摇移位、损坏等，以免使测量数据出现误差，按顺时针方向在木桩上排了序号，依次为BM1、BM2、…… BM8。

接下来是确定控制边。控制边的选择要求是：相邻点之间地形平坦，中间无障碍物，无大的地形起伏。选择了BM8、BM7做为控制边，用钢尺做了精密丈量，测出BM8、BM7之间的距离为242.844m，然后用森林罗盘仪测定BM8、BM7的方位角为83°21′ 44″。假定BM8点的高程为1380.000m，开始测量前的基础工作就做完了。

高程测量为闭合水准测量，以先整体后局部、先控制后碎部的原则，从BM8出发开始测量闭合于BM1，BM1为终点。

测量组的人员安排：1人观测读数、1人记录、2人跑点（轮换工作）。首先进行高程测量，测区高程从右岸传递到左岸，中间以跨过沟底，控制点与控制点之间地形起伏较大，为了保证测量精度，采用四等水准测量。每一站要求前后尺距离相等，当读完前后尺读数后，记录者用K+黑－红≤±3mm、前后视距差d≤±3mm、高差累计差∑d≤±10mm的检核条件进行检核。各项指标都符合要求后方可迁站。另外，为了防止记录误差，记录者在观测者读数后复读一遍。观测采用后－后－前－前的观测顺序。从沟顶往下测量是，由于坡度较陡我们采用“之”字形测量方向进行。每站水平距离较短，测站数较多，故对测量精度也要求越高。BM5控制点在沟底，是最复杂的控制点，所在地地形起伏大，测出的数据

误差较大，为了缩小误差在BM5与 BM6之间增设了控制点BM5′利用BM5′向BM6过渡，增设控制点使误差缩小并使工作量大大减少。从沟底控制点BM5开始往上测，同样坡度较陡，测量难度高。在BM6控制点上地形较平坦，前后视距都控制在100m左右，测至BM8路线闭合了。

由于在测量过程中完全根据所学的理论知识进行操作，测量数据经过内业计算后完全符合要求即fh=∑h－(H始－H终)≤fh允。本次测量成果将做为绘制地形图的原始数据，所测数据符合要求后计算出各控制点上的高差，根据BM1点的假设高程计算出各控制点的高程，并进行了高差闭合差的调整。

水准测量完成后进行了角度测量。角度测量是为了确定地面点的位臵，采用的仪器是经纬仪。经纬仪架设在BM1点，以BM8点为起点，测BM8点与BM7点之间的水平角度，以确定BM1的位臵，依次确定各控制点的位臵。人员安排与水准测量时的相同，观测1人，前后两桩立花杆2人，记录1人。在BM1架设仪器，达到点下对中及长水准管精平后，观测者手拿红旗指挥立尺手立点。角度测量采用测回法，观测者以正镜照准BM8，使水平度盘臵数略大于0，将读数a记录在册，然后顺时针旋转照准部，照准右边目标BM3，读取读数b左，记录在册。B左=b左－a左；以侧镜照准BM3，读取读数，记录在册为b右。然后逆时针旋转照准部，照准右边的目标BM8，读取a右，计入手册，那么B右=b右－a右；本测回β值＝1／2(B

左

+ B右)。为了提高测量精度，我们分别观测了几个测回，每测回变动一

下度盘位臵，如90°、180°、270°、360°。为检核测角精度，上下两个半测回所测水平角之差＜36″，测回差不超过24″，以此做控制。

内业随即进行了闭合导线计算，推算出了各控制点方位角及其x、y轴坐标。至此，经纬仪角度测量完成。

经纬仪测量中，出现的误差较多，如目标偏心差、照准误差、竖盘分划误差等。以上误差根据理论知识在实际中予以缩小。

4．实习体会

水准仪测量 篇3

关键词 公路测量；水准仪；误差控制

中图分类号 P224 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0172-01

1 公路工程中的水准测量

在公路测量过程中，水准测量通常根据几何原理，通过测量水平视线上两点间的高差来实现。一般采用水准仪进行辅助测量，常用的型号有DS3型微倾式自动安平水准仪，其在单位公里内可以将测量误差控制在3 mm以内。在测站使用水准仪的基本步骤如下：首先将仪器安置于适当的位置，再进行粗略整平，调整好水准尺后再进行精确的整平，最后读取测量数据。当测量完每个水准点后，再进行结果复合。在进行水准测量时要注意，同一个公路项目要参照相同的高程系统，同时测量基平和中平，同一个水准尺要由两台水准仪同时观测，在进行间视与转点时，要两个人同时立水准尺，不过两台水准仪对同一个水准尺进行观测是不变的。需要注意的是，如果每个测站没有对每个水准点段的测量结果进行检核，则会提高出现误差的机率。因此水准测量的误差控制非常有必要。

2 水准测量的误差与控制

通常进行水准测量会产生误差，主要是由三个原因造成的，即仪器自身精度误差、观测过程中的操作误差以及测量环境对测量操作的影响所引起的误差。

2.1 仪器自身的精度误差

当水准仪的望远镜视准轴与水准管轴不平行时，就会导致测量结果出现误差。尽管在实际测量前均会对仪器进行校正，但是残余误差是在所难免的，所以水准管气泡处于居中的位置，相应的水准管轴处于水平位置，而此时望远镜的视准轴是处于倾斜的状态，于是读数误差自然就会产生。通常视距长度和所产生的误差二者为正比关系，因此在观测时消除这种误差可以通过距离补偿法或者中间法来实现。所谓的距离补偿法是指前视距离和与后视距离和相等，这种方法在实际操作时相对复杂，因此多采用中间法。中间法前后视距是一样的，在实际测量时，立尺人利用普通皮尺将测量距离确定下来后再立尺。

此外，仪器自身的精度误差还有可能是水准尺造成的。水准尺误差三种：一种是由于尺长误长，即水准尺的长度不够精确；一种是刻度误差，即水准尺上的刻度划分不精确；还有一种是零点差，即水准尺归零的刻度位置错位等。在实际测量前，要先检查水准尺，如果尺子存在尺长误差或者刻度误差等现象，则尽量不要使用；如果在必要的情况下一定要用，则要找出水准尺的误差特点，要先对数据进行修正才能正常使用。针对水准尺的零误差，可以采用同一水准段内两根水准尺交替使用的办法，即如果在一个测站作为后视尺用，则在下一个测站作前视尺用。而且要把测段站数尺量布置成偶数，以便于在高差中互杨抵消，并将刻度误差与尺长误差控制在最小的范围。

2.2 仪器操作误差

在测量过程中，有时候会由于人为的操作问题使得水准测量产生较大误差，比较常见的有以下几种。

1）符合水准管气泡居中所产生的误差：在测量过程中，如果符合水准气泡无法严格居中，会导致望远镜视准轴发生倾斜，最终导致测量结果出现误差。水准管的灵敏度决定了测量结果精度的高低，其中最主要的是水准管分划值J的大小。需要注意的是，视线长度与测量结果读数误差二者成正比关系，通常水准管居中误差为0.1 J，按照相关公式m居＝0.1.s/p，在观测过程中，只需保证符合水准管气泡可以居中并且限制视线长度，即可消除该误差。

2）视差：如果有视差出现，尺像和十字丝平面是无法重合的，在观测过程中，眼睛所处的位置不一样，则读取的测量结果也会产生差异，从而出现读数误差。因此在读取测量结果前，要先做物镜对光，将视差的影响消除。

3）水准尺的倾斜误差：如果水准尺倾斜于视线的前方，则在观测时很容易就可以通过望远镜十字丝发现这一问题。尺子倾斜的度数越大，尺子上的读数就会越大，其对读数的影响受到水准尺倾斜解以及水准尺读数大小的影响，即水准尺倾斜角度越大，对读数准确度的影响就越大；同样的水准尺读数越大，读数准确度受其影响的程度就越大。其所产生的读数误差可以通过下式来表达，即：△a=（1-r），如果r＝30，a＝1.5，则△a=2 mm。由此可见，水准尺的倾斜误差对测量结果有着很大的影响。在实际测量时，一般立镜高度设置在1.6 m-1.7 m的范围内，此时读数误差△a就会大于2 mm。所以测量过程中的立尺非常重要，要保证水准尺处于铅垂位置，如果有圆水准水泡，要保证气泡的居中。

2.3 测量环境所导致的误差

2.3.1 外界条件

假如用水平面取代水准面影响高程的程度，则可以采用下列公式表达：△h=D2/（2R），其中D为视距，R为地球的半径取6371 km；如果D为75 m，则△h为0.44 cm；如果D为100 m，则△h为8 cm；如果D为2 km，则△h为31 cm。由上述数据可以看出，当水平面取代水准面时，高程所产生的误差要大幅度高于测量高程误差。因此，对于高程来说，在很短距离的条件下也可用水平面来取代水准面，要将地球曲率对高程的影响因素充分的考虑进去，实际测量过程中，可以通过中间法将误差消除。大气折光的原因造成视线成为一条曲线，其曲率是地球半径的七倍，使得测量结果读数有所减小。可以通过下列公式来表达，即△h＝D/2（2×7R）。当视线与地面的距离越短，则折射就越大，所以视线和地面的至少要大于0.3 m，同样可以通过中间法消除或者降低其对于测量精度的影响。不过实际测量时最好不要在光照较强的中午时段进行，尽量选择比较有利的时间，一天中从上午十点到下午四点之间，大气相对稳定，这对于消除大气折光影响比较有利，不过中午前后时段会导致尺像的跳动，同样会对读数产生影响，因此最好避开这段时间；在阴天或者微风天气时，可以全天观测。

2.3.2 仪器下沉

所谓仪器下沉，是在同一测站上进行前视与后视读数时，仪器出现下沉的现象，减小了前视读数，使得高差有所增大。要降低仪器下沉对测量精度的影响，可以采用双面尺法或者变更仪器高等方法，第一次测量时先将后视读数读出，再读前视读数；接下来进行第二次测量时则将读数的顺序反过来即可。通过这种方法可以获取两次高差的平均值，从而将仪器下沉所导致的误差控制在最小的范围内。水准尺下沉所造成的误差，是由于在迁移仪器的过程中，转点出现下沉现象，在迁站完成后增大了后视读数，相应的高差也随之增大。此时可以通过往返测量的方法来消除或减小误差，因为往测的高差会增大，而反测的高差则是减小，取二者的平均值即可把水准尺下沉所造成的误差控制在最小的范围内。不过最有效的措施还是采用尺垫，将尺垫垫实，以避免观测过程中水准尺出现下沉的现象。

参考文献

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浅析数字水准仪的测量误差 篇4

关键词：数字水准仪,测量,误差

在科技不断发展进步的同时, 数字水准仪也逐渐取代了以往的光学水准仪, 并且由于其测量速度快、质量高、操作简便、读数客观等特点也被人们所广泛认可。数字水准仪能够更好的实现测量数据的自动存储, 并且在工作原理和工作方法上也有了很大的改进和提高, 然而由于数字水准仪的构造相对较为复杂, 在实际应用过程中也存在着一定的测量误差, 因此还需要对数字水准仪测量上产生的误差进行有效的分析, 从而找出相应的改进措施。

1 数字水准仪的基本内容简介

1.1 数字水准仪的结构分析

数字水准仪是利用电子工程学的原理制造而成的, 利用数字水准仪可以实现自动观测、记录信息、处理数据等多种不同的功能, 同时数字水准仪在测量上也表现出了非常好的效果。数字水准仪的发展也经过了不同的阶段, 而自动安平水准仪是数字水准仪发展的基础, 并且进一步的加以改进和完善。数字水准仪的结构主要是由光学部件、机械部件、自动补偿装置以及电子设备等构成的, 每个设备在数字水准仪应用过程中都发挥着重要的作用, 并且光学和机械部件同光学仪器基本工作原理都是一样的, 自动补偿装置中包含了重力摆以及阻尼器等两种部件。而电子设备主要是由调焦编码器、光电传感器、读取电子元件、CSI接口、单片微处理器、键盘和测量键以及影像、显示器件、数据处理软件等不同的部分组成, 每个部分在数字水准仪应用过程中都实现了智能化, 这样对于数字水准仪的应用质量也有着非常明显的帮助。

1.2 数字水准仪的测量原理

数字水准仪在测量过程中的测量和读数是目前应用的主要方式, 其中水准仪有两个视准轴, 一个是光视准轴, 它由光学分划板十字丝中心和望远镜物镜的光心构成。另一个是电视准轴, 它是由线阵CCD器件上中点附近的某一个象素和望远镜物镜光心构成。由此也可以说数字水准仪有光ⅰ角和电ⅰ角之分。而光视准轴的作用是可以实现照准和调焦, 电视准轴可以用来进行读数。数字水准仪的望远镜照准编码尺寸, 在进行对发出红外光线进行测量时, 可以实现自动化的测量, 并且在测量的过程中标尺条码一方面可以被望远镜物镜组成像在光学划板上, 从而提供目视观察, 同时光学划分板前的分光镜也可以把标尺条形码成像在线阵CCD器件的光敏面上, 这样也可以为一起提供电子读数。而数字水准仪的自身存储标尺的条纹码可以用作参考信号, 一起的线译码器捕获仪器视场内的标尺影像作为测量的信号, 而后将测量的信号与仪器的参照信号进行对比, 从而获得视线高度和相应的水平距离。

2 数字水准仪应用过程中存在的误差分析

数字水准仪的测量精度主要是由条形码本身和数字化以及离散化产生的背景噪声所影响的。其中数字水准仪中的光学系统成像的质量以及补偿器的精度等各项因素也会对测量的精度产生一定的影响。通过对数字水准仪结构和测量原理的分析也可以看出, 数字水准仪中测量误差的表现也是由不同的因素所构成的, 其中主要表现在以下几方面内容。

2.1 光学和机械部件引起的误差

光学部件和机械部件是数字水准仪中的重要部件, 并且也是光学设备和机械设备应用的主要方式, 与传统水准仪的光学和机械结构有着一致性, 所以数字水准仪中光学部件和机械部件自身所带有的误差会直接影响到数字水准仪的测量质量, 从而造成测量的误差。

2.2 自动补偿器的误差

数字水准仪的补偿器与自动安平水准仪的原理相同, 结构和工艺上略有不同, 它是由重力摆和阻尼器构成。数字水准仪的自动补偿器误差包括:补偿器的安平精度;剩余补偿误差;迟滞影响;地磁影响。

2.3 电子设备引起的误差

数字水准仪是根据条码影像在探测器上的位置和比例进行测量的。线阵CCD器件的物理特性决定其在光线过强、过弱、以及条码标尺表面光照部均匀、观测瞬间强光闪、外界热闪烁等情况, 都会降低标尺成像的对比度, 从而产生测量误差。因为光线过强时, 线阵CCD会出现饱和, 条码影像灰度值会发生不同的变化而不相等, 仪器对标尺条码无法辨认, 就会引起测量误差, 甚至无法读数;光线过弱, 就相当于标尺被遮挡, 自然会产生误差。对电子设备工作的原理进行分析, 可知电子设备引起的误差主要包括以下几个方面: (1) 线阵CCD器件的物理特性引起的误差; (2) 标尺遮挡引起的条码信息丢失; (3) 调焦的准确性引起的图像分辨力误差; (4) 标尺倾斜引起的图像变形; (5) 外界条件的变化引起的影像误差; (6) 条码标尺上伪随条码宽度的精度引起的误差; (7) 条码标尺上的条码在使用中受损造成的影像误差; (8) 电子设备对测量信号处理、分析时的误差。

2.4 电视准轴i角的误差

电视准轴i角的误差对水准测量的影响在理论上与光学水准仪i角误差相同, 但电视准轴在电子水准仪中又缺少像光学视准轴那样绝对标定水平视线的性质, 或者说, 电子水准仪不是以电“横丝”为基础读数, 两者的读数方式完全不同。虽然数字水准仪内设置的程序能自动改正i角误差, 在测量过程中前后视距等长又加以减弱, 但电视准轴i角对水准测量精度的影响是肯定存在, 随着外界温度的变化而改变, 而且在温度变化区间内的改成数不是线性变化的, 因此电视准轴i角对测量精度有很大影响。

2.5 外界因素引起的误差

外界条件的变化将会引起仪器各部件产生测量误差, 而且对光学水准仪和数字水准仪的测量误差影响都很大。数字水准仪与条码标尺组成的测量系统是处在时刻变化的外界条件下进行工作的, 大气垂直折光的影响, 仪器与标尺垂直位移的影响, 在实际测量过程中都是不可避免的。在数字水准仪读数时, 所有进入视场的条码均参与读数, 特别注意的是当视线观测靠近地面时, 标尺的条码受折光的影响很大, 对测量精度产生直接的影响。另外地面的震动影响测量精度, 由于数字水准仪重量轻, 受震动的影响较光学水准仪更明显。

3 结论

数字水准仪操作简单, 使用方便, 测量数据真实可靠, 减少了人为误差, 提高了作业效率, 但它本身的误差是不可避免的。在实际作业中对仪器的保养和定期检查也是十分重要的, 除了常规的i角检验、圆气泡检验、十字丝检验外, 还必须对电子元件进行定期检验。另外对标尺的保护也是十分重要的, 一旦条码标尺的条形码刻画受到损害, 就会在差量读数中产生误差, 因此要正确地使用数字水准仪, 就必须熟悉规范, 熟练掌握仪器操作步骤, 同时注意仪器的保养和检验, 尽量降低和减少测量误差。

参考文献

[1]杨蓬莲.数字水准仪测量原理及其检定[J].测绘通报, 2005 (8) .

[2]齐维君, 王三明.数字水准仪误差源及检定方法初探[J].测绘通报, 2005 (9) .

水准仪测量 篇5

利用精密电子水准仪进行国家一等水准测量

随着电子水准仪的不断发展和完善,利用精密数字电子水准仪进行国家一等水准测量是我国进行高程控制测量发展的必然趋势,为了保证精度.本文从水准测量的作业流程出发,主要介绍了利用精密电子水准仪进行国家一等水准测量的基本要求及注意事项,并对其测量精度进行了分析.

作 者：康继波 梁安宝 KANG Ji-bo LIANG An-bao  作者单位：国家测绘局第二大地测量队,黑龙江,哈尔滨,150086 刊 名：测绘与空间地理信息 英文刊名：GEOMATICS & SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 32(2) 分类号：P224.1 关键词：电子水准仪   一等水准观测   精度  

水准测量的误差来源及消减方法分析 篇6

【关键词】三、四等水准测量；一般要求；误差来源；措施

0.引言

在水文和水利工作中，水准测量是一项基础工作。建立测站高程控制，联测水准点、高程基点、水尺零点以及固定点等高程时，都需进行水准测量，作为水位、地下水位、冰棱、流量、泥沙等测验的直接或间接依据[1]。

1.三、四等水准测量的一般要求

三等水准路线长度一般应不大于50km，四等水准路线长度一般应不大于15km，环形路线周长一般应不大于40 km 。三、四等水准测量应采用不低于国内水准仪系列的S3级水准仪[2]，水尺零高的测量一般应使用S3级水准仪，见表1.1。水准标尺应采用双面水准尺。三、四等水准测量在每仪器站的允许视线长度，前后视距不等差，应符合表1，2规定，其视线高度要求三丝能读数。三、四等水准测量观测限差应符合表1.3的规定。往返测量高差不符值，路线、环闭合差限差应符合表1.4的规定。

2.水准测量的误差来源及其消减方法

在水准测量，由于受仪器、外界条件，以及观测员感觉器官反映不同的影响，使测量成果存在一定的误差。为了使成果达到规定的精度要求，对测量中产生误差的原因，必须加以分析和研究，以便采取适当的措施和方法，使测量误差尽可能地减小或者予以消除。在观测中，由于观测员不细心而造成的错误，应该完全避免。

2.1水准仪校正不完善产生的误差

在水准测量前，虽然对水准仪进行了检验和校正，但是不可能做到绝对的准确，例如望远镜视准轴与水准管轴不平行，两轴之间还有一个微小的角度i，这项误差在观测中，如果把水准仪安置在前、后两水准尺的中央，可以消除这项由于仪器校正不完善造成的误差。

2.2水准尺误差

水准尺误差包括水准尺尺面的分划不均匀和尺底的零点不准等。因此对使用的水准尺要用标准尺检验，并检查尺底的铁板是否完好。

2.3读数误差

在水准尺上读数产生误差的原因，一方面是由于视差的存在，另一方面是估读毫米时不准确。视差的存在应该仔细的对光和调节目镜予以消除，但是在估渎毫米时由于观测员用十字丝横丝在1厘米的间隔内估计，而1厘米的分划是通过望远镜放大后的成像，因此毫米数估读得是否准确与厘米像的宽度有密切的关系，此外也与十字丝本身粗细有关。望远镜放大倍率小，仪器到水准尺的距离远，水准尺的成像就小，估读毫米的读数误差就大。所以在一般水准测量中，要求望远镜放的倍率不小于20倍，前后视视线的长度小超过100m。

2.4水准尺扶持得不直产生的误差

观测员容易发觉水准尺左右倾斜，如果水准尺前后倾斜观测员就 难以觉察。由于水准尺向前或向后倾斜，读数总是比竖直时要大，并且视线越高，误差越大，所以读数通常不宜超过2.7m。如果水准尺上装置有圆水准器，当气泡居中时，表明水准尺竖直。

2.5仪器和尺垫下沉产生的误差

由于仪器和尺垫本身的重量以及地面土质琉松的原因，仪器可能下沉，使水准仪的视线降低，以致使后读的前视读数减小或者加大，从而使测得的高差比正确的高差大或者小。所以在安置仪器时应该选择在土质坚实的地点，并将三脚架和尺垫踩紧，同时尽可能的加快观测速度，以避免此项误差。

2.6温度和大气折光的影响

在有太阳的天气进行测量时，应该用伞遮住阳光，否则由于仪器受热不匀会影响水准管气泡居中，不仅影响测量成果，而且会损坏仪器。根据研究，当温度变化10℃时，i角变化可能达到1～2″，有时还可能发生突变。

由于大气折光的影响，视线是弯曲的，使实际读数比水平视线的读数小。在平坦地区，如果前、后视距离相等，视线受折光的影响相同，大气折光差可以消除。如果在山区，水准路线始终是上坡或下坡，前、后视视线受折光的影响就会有较大的差异。所以只有把视线缩短，使视线距地面有一定的高度，可以减少大气折光的影响。

3.结语

上述三、四等水准测量中的各项误差来源，都是采用单独影响进行分析，由于随机误差还有相互抵消的特点，会自行抵消一部分，在实际中是综合影响。测量中只要注意误差来源，采取相应措施，严格 执行SL58-93《水文普通水准测量规范》的各项规定，测量误差将会大幅减少，从而提高测量精度。

【参考文献】

[1]水利部.水文测验实用手册.北京：中国水利水电出版社，2013，02.

水准仪测量 篇7

电子水准仪是在自动安平水准仪的基础上, 在望远镜光路中增加了分光镜和探测器 (CCD) 、并采用条码标尺和图像处理电子系统而构成的光机电测量一体化的高科技产品[1]。基本工作原理是当测量人员照准标尺并进行调焦后, 条码标尺的像经分光镜, 一路成像在分划板上, 供目视观测[1];一路成像在探测器上, 经光电转换, 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按一定方式进行比较, 即可获得高度读数和水平距离[2]。

2 电子水准仪的特点

1) 读数客观。由于观测值是自动显示在电子水准仪的屏幕上, 所以不存在观测员的判读错误, 消除了人为读数误差。

2) 精度较高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图象经处理后取平均得出来的数值, 因此削弱了标尺分划误差的影响[1]。电子水准仪都有多次读数取平均的功能, 可以削弱外界条件的影响。对仪器操作不太熟练的测量人员也能进行高精度测量。

3) 效率高。电子水准仪在使用时只需要进行调焦和按键就可以自动读数, 所以大大减轻了劳动强度, 提高了工作效率。

4) 速度快。由于电子水准仪省去了人工读数以及人为出错的重测数量, 测量时间与传统水准仪相比可以节省1/3左右[1]。

5) 自动存储。电子水准仪可以对数据自动记录、检核、处理, 并能从仪器中把数据输入电子计算机进行后处理, 可实现内外业一体化[1]。

3 二等闭合水准路线测量实例分析

为了参加山西省2014年第八届职业院校测绘测量技能大赛高职组 (学生组) 的比赛, 我带领学生在校园里进行了多次二等闭合水准路线测量练习。

3.1 二等水准测量所用仪器和设备

根据竞赛要求, 二等水准测量需配备以下仪器设备:

1) 南方或科力达DL2007电子水准仪:含木脚架1副、2 m数码标尺1对、2个撑杆及2个尺垫 (3 kg) [3]。

2) 50 m测绳 (根据参赛队的要求配发) [3]。

3.2 观测与计算要求

每一条闭合水准路线由3个待求点和1个已知点组成[3]。设O点为已知点, D、E、F为待求点。观测和计算时满足以下要求:观测使用赛会规定的仪器设备, 测站视线长度、前后视距差及其累计、视线高度和数字水准仪重复测量次数按表1规定[3]。除路线转弯处, 每一测站上仪器与前后视标尺应尽量接近一直线上。水准路线采用单程观测, 每测段测站数为偶数, 每测站两次高差, 奇数站观测水准尺的顺序为:后-前-前-后;偶数站观测水准尺的顺序为:前-后-后-前。高程误差配赋计算, 高差取位到0.000 01 m, 高程取位到0.001 m[3]。

注:L为路线的总长度, 以km为单位。

3.3 第一测段O-D第一个测站的操作步骤

先在第一测站两水准点中间安置仪器, 然后旋转三个脚螺旋使圆水准器气泡居中进行整平仪器。之后照准后视点上的水准尺并进行调焦。再开机, 设置仪器的参数, 选择标准测量模式的标准测量, 按MEAS键进行测量, 当屏幕上显示标尺均值和视距均值时, 把数据记录到记录表中。根据奇数站后前前后的观测顺序, 依次把数据记录到记录表中。然后根据水准测量原理, 计算两次高差。若其差值小于等于0.6 mm, 则取其平均值作为这一测站高差;此时仪器搬站, 进行下一站测量;若其差值大于0.6 mm, 则重新安置仪器测量。

3.4 第一测段O-D观测记录表 (表2)

3.5 闭合水准

路线O-D-E-F-O高差配赋及高程计算表 (表3)

注:高差取位到0.000 01 m, 高程取位到0.001 m。

4 误差分析

4.1 水准仪的精度对二等水准测量成果的影响

目前的数字水准仪性能优良, 能满足精密水准测量的精度要求。因此, 在观测前, 需要对数字水准仪进行严格的检校, 如仪器的补偿性能、仪器分辨率、i角等, 使仪器达到最优工作状态[2]。观测过程中操作仪器严格按照《规范》要求, 如对视距的选择、每一测站的后、前视距离之差和每一测段的后、前视距离之累计差规定一个限值、在照准同一测站前、后视尺时尽量避免调焦、在阳光下观测用伞遮住仪器等[1], 都可减弱或消除水准仪的精度对精密水准测量成果的影响。

4.2 整平仪器误差

在整平过程中, 要遵循左手拇指规则:“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向, 就是气泡移动的方向”, 不能盲目转动脚螺旋。还要注意仪器转到任何方向, 气泡都要居中。这样才能提高测量结果的准确性。

4.3 调焦误差

数字水准仪要求十字丝影像清晰、标尺的像准确地聚集在CCD传感器上, 才能准确地反映测量值[2], 观测时要保证每站的调焦质量, 才可获得最佳的测量精度。

4.4 水准尺倾斜误差

在水准测量读数时, 若水准尺在视线方向前后倾斜, 会造成水准尺读数总会偏大, 所以立尺者要确保尺上的圆水准气泡居中或使用可调节升降尺撑, 提高扶尺质量, 保证测量结果的准确性。

4.5 光照风力的影响

测量过程中, 光照会使仪器受热不均使轴线关系改变, 影响测量精度, 严重时会使测量中断。风大时会使仪器抖动、不易整平等都会引起误差。所以要选择好的天气测量, 还要给仪器打伞遮光。

4.6 振动对测量成果的影响

水准路线常是在交通繁忙公路上布设, 受车辆通过或空气抖动等强烈振动影响较大, 数字水准仪对各种震动特别是地面震动非常敏感, 因此这些测段误差大。在操作过程中, 要选择稳定的地方设站和立尺, 还要给出仪器、立尺稳定时间, 以减弱补偿器振动和空气抖动的影响[2]。

5 结论

电子水准仪在精密水准测量中的应用, 使测量过程简捷迅速、测量数据准确可靠, 节省了人力、时间, 提高了工作效率。测量成果的精度不仅取决仪器的性能, 更主要的是取决于测量的方法和外界条件的影响。在操作过程中要认真、仔细, 严格执行二等水准测量技术要求和测量规范中的规定, 熟悉仪器的操作方法, 并尽可能减小外界条件的影响, 才会使二等水准测量获得有效数据, 提高测量精度。

摘要：测绘技术的飞速发展, 使电子水准仪在工程测量中的应用非常广泛, 极大地提高了工作效率。这就要求高职高专测绘测量专业的学生掌握电子水准仪的原理、性能和使用方法, 能完成一定的测量工作任务, 成为技术技能型人才。本文分析了学生为参加山西省第八届职业院校测绘测量技能大赛, 在校园里练习如何使用电子水准仪进行二等闭合水准路线测量, 提出了减小测量误差的方法和措施。

关键词：电子水准仪,二等闭合水准测量,误差分析

参考文献

[1]潘正风, 程效军, 成枢, 等.数字测图原理与方法[M].第2版.武汉:武汉大学出版社, 2013.

[2]林君强.数字水准仪在二等水准测量应用的探讨[J].闽西职业技术学院学报, 2010, 12 (2) :116-120.

水准仪测量 篇8

水准测量是工程勘测中必不可少的一项工作。在常规四等水准测量作业中,采用普通光学水准仪进行测量,人工观测、人工记录。在较长时间的水准路线测量中,观测员的注意力难以集中,观测错误较多,记录员需要频繁地进行纠错。另外,在每站观测中,为避免脚架下沉、温度变化等因素影响,要求观测时间越短越好,这就要求在测站的计算准确快捷,而人工记录通常难以实现上述要求,这也是制约水准测量工作效率和质量的“瓶颈”。作者在实际工作中采用南方测绘公司开发的水准记录系统——《控制精灵》和PDA,配合普通光学水准仪进行水准测量,选用南方平差易平差软件和手簿处理软件(PCCG)作为内业处理软件,既保证了精度,又很好地解决了常规四等水准测量作业中存在的一些问题,实现了水准测量内外业一体化作业。

1 外业数据记录系统——《控制精灵》+PDA

1.1 《控制精灵》+PDA

控制精灵针对以光学水准仪观测、以PDA作为记录器、手工键入数据的记录模式而设计。以同名文件作为水准线路的记录单元,按扩展名区分记录数据类型,一条水准路线可能包含多个文件名相同而扩展名不同的文件。

1.2 系统功能

1)数据安全保护。

当PDA电池电量过低时,内存储器中的记录数据易丢失。为确保记录数据的安全,程序设计了4种存储位置可供选择,其中Personal,Business,Templates 为内存储器,SD Card为外存储器,记录时一般选择外存储器记录更为安全。

2)观测限差浏览。

系统将现行国家水准规范规定的各等级观测限差置入程序中,供记录者随时浏览采用不同类型仪器观测不同等级水准的限差要求(见图1)。

3)测段设置。

测段设置包括测段起始点、闭合点、前尺常数、后尺常数、仪器类型、仪器编号、观测者、记录者、观测等级、观测方法、标尺刻划、往返测等。

2 控制精灵程序的优点

控制精灵程序设计比较人性化和智能化,能够使记录者快速掌握操作方法。其优点表现在以下方面:

1)记录面板人性化。各等级记录面板均按手工记录表格形式设计,与手工记录类似,操作更加直观。2)具有对观测记录面板的智能选择功能。程序按照测段设置的等级、观测方法、仪器类型、标尺分划、往返测模式等设置观测限差,并自动选用相应的记录面板。3)具有观测顺序自动定位功能。打开记录面板后,光标自动定位到第一个待观测数据的位置,数据输入后,光标自动跳转到下一个待观测数据的记录位置,记录者无需了解观测顺序即可操作,使记录更加智能化。4)具有严格的限差控制功能。观测数据输入后,程序按照等级要求,自动检查各项观测指标,当观测超限时,自动提示超限项目和超限值,提示观测者重新进行观测。5)具有详尽的记录数据的浏览功能。可任意浏览各测站观测数据:当前文件、当前测站、总测站、本站高差、累计高差、累积距离等。6)可进行间视观测:在线路水准测量的同时还可在同一测站进行多个中桩间视的观测。7)可以进行i角检测。

3 软件的特色及应用效果

3.1 软件的特色

1)界面完全和标准的水准记簿保持一致,操作方便(见图2)。记录员只需记录观测员所读的数字,无需人工计算数据是否超限,工作十分轻松。2)可以无限多的存放测站数据(作者在测量中最多一次观测116站),程序中做了异常保存功能,即使在工作中错误操作,如不小心关掉程序或者由于其他原因导致关机,已完成的所有测量数据都会记录无误。在较长测段的观测中难免有间歇点,程序中有完善的间歇点检测功能,所以使用程序无任何担心。3)最后把所得数据文件直接计算出结果,有测段高差、测段总长、数据准确可靠,不用工作人员计算大量的日观测数据,直接进行数据分析。4)程序加密严格,在观测中数据文件不允许人为改动原始观测数据。

3.2 软件的应用

本软件配置以后,于2006年5月～2007年12月在兵团GPS控制网项目中四等水准测量效果非常明显,大大提高了工作效率,节省了工作时间和项目经费。

3.3 系统的物理配置

操作系统为Windows 2000以上的电脑一台,操作系统为Pocket PC2002以上的PDA一部。控制精灵程序要安装到PDA以后才能使用。

4结语

水准测量是工程建设的基础性工作,在电子水准仪尚未普及的情况下,光学水准仪在水准测量工作中仍占主导地位。基于PDA的水准测量内外业一体化系统解决了内外业结合的瓶颈问题。记录数据和中间过程数据均由计算机控制,避免了人为因素的影响,作业效率和成果质量大幅度提高,该系统已在兵团基础测绘C级,D级GPS控制网四等水准测量项目中应用,产生了显著的经济效益。

摘要：详细介绍了控制精灵程序的设计构思和一些技术问题,通过选用控制精灵配合Windows Mobile技术的PDA应用于水准测量,实现了水准测量内外业一体化的目标,使野外观测数据在保证精度的基础上更加方便地记录。

关键词：PDA,水准测量,控制精灵,数据预处理

参考文献

[1]孔祥元.控制测量学[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1960.

[2]李青岳.工程测量学[M].北京:测绘出版社,1984.

[3]王兆祥.铁道工程测量[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[4]张正禄.工程测量学的发展现状和趋势[J].武汉测绘科技大学学报,1999(sup):12-14.

[5]马海霞.影响工程水准测量精度的探讨[J].山西建筑,2008,34(6):362-363.

[6]张正禄,吴栋才.精密工程测量[M].北京:测绘出版社,1993.

[7]兰小平,李群杰.城市工程测量中应注意的几个问题[M].南昌:江西测绘出版社,1993.

水准仪测量 篇9

数字水准仪测量的过程分为一、二等水平测量两部分, 在实际测量时由于受到各种因素的影响, 测量的结果也会存在一定程度的误差, 其中影响因素主要表现在电子i角、强电磁干扰、光纤不均匀以及测量人员操作上的失误等方面内容, 我们在对数字水准仪测量过程中存在误差的原因的分析中也可以看出, 影响测量结果的因素也有多方面, 因此为了最大限度的降低误差, 还要针对性的采取有效的控制措施来加以避免, 这样也可以最大限度的保证测量结果的准确性。

数字水准仪是测量产品中应用较多的一种, 需要以自动安平水准仪为基础并且通过望远镜光路中增加分光镜和广电传感器来加以实现, 同时还要使用条形码尺以及图像处理系统构成的广电一体化来加以应用, 这也是数字水准仪应用的基本原理。数字水准仪的构成虽然不是非常复杂, 但是涉及的内容也相对较多, 在数字水准仪在应用过程中对于操作人员的技术要求也相对较高, 如果操作过程中出现失误, 那么也很容易影响测量结果的准确性。我国的数字水准仪技术经过多年的发展目前已经取得了一定的成果, 并且在很多领域中也都有着非常广泛的应用。相比以往传统的光学水准仪, 数字水准仪无论是在读数质量、精度还是测量速度上都有着明显的优势, 并且在测量的质量上也有着非常好的表现效果。因此数字水准仪的发展也是水准仪测量的必然趋势, 同时数字水准仪的应用也更加广泛, 目前很多领域中也都普遍青睐于数字水准仪。然而在日常的计量检定工作和用户反映中也可以看出, 数字水准仪在很多方面也存在着一定的问题和不足, 比如稳定性相对较差等问题、使用过程中的操作问题等。如果对存在的问题不加以重视, 那么测量的结果就会出现很大的偏差, 所以我们必须要对影响数字水准仪测量精度的因素进行有效的分析, 从而找出相应的解决措施, 这样才能够更好的促进我国数字水准仪技术的发展。

2 电子i角对测量结果的影响

数字水准仪经过多年的应用发展, 在测量上也有了质的飞跃, 然而数字水准仪的电子i角在使用过程中出现的变化也会影响到测量的结果。我们对数字水准仪测量时电子i角的变化进行了分析, 从中可以看出很多都是由于电子i角不经常进行更新测试的原因所造成的, 如果电子i角不经常进行更新测试, 那么在数字水准仪使用过程中的精度就会受到影响。而对送检仪进行检测时也可以看出, 机内存储的电子i角通常都是上一次存储的值, 这样就很大程度的影响了测量的结果。用户在使用过程中常常会因为测量结果超限的问题而不适用一、二等水准仪规范而不自行的对电子i角进行测试。而不进行i角测试的做法是不可取的, 电子i角的值是否准确关系着数字水准仪观测的精度, 并且也是数字水准仪中的一项重要参数, 必须要对其进行及时的更新调试, 从而保证电子i角能够达到标准的使用要求, 这也是目前存在较多的问题之一。

对于数字水准仪因发生碰撞或受到强烈震动, 导致电子i角的测试结果超限, 可就近到授权的仪器公司或计量检定机构对电子角进行清零操作。通过对电子i角的测试更新, 可以提高数字水准仪的测量精度。

3 强电磁干扰源对测量结果的影响

数字水准仪在使用过程中还会受到强电磁干扰的影响, 而作为电子仪器的一种, 数字水准仪中电子元件与周围的磁场也会产生相互作用, 这样就极大程度的干扰到数字水准仪的正常使用, 因此强电磁干扰源对于测量结果的影响也是一项重要的影响因素, 而电磁干扰现象的存在是一种不可避免的现象, 我们在应用数字水准仪的过程中需要做的就是最大限度的降低存在的干扰源, 进而有效的提高测量结果的准确度。通常情况下, 在水准路线通过磁场强度较强的区域 (如高压线、移动通信塔等附近) 时, 往往发生测不合等现象, 这也是目前存在较多的现象之一, 即便离开高压线、移动通信等区域也会或多或少的存在一些电磁干扰。因此针对此类情况来需要采取针对性的措施来加以预防。通常会采用水准路线的选择尽量离开这些强磁场干扰源, 以保证测量精度。如果水准路线不能避免强电磁干扰源, 建议使用高精度的光学水准仪替代数字水准仪进行测量。

4 光线不均匀对测量结果的影响

光线不均匀对于测量结果也有着很大程度的影响, 在野外作业时, 由于太阳光线、云层、树荫阴影等原因的影响, 使得条形码标尺的尺面反射光和仪器单位时间内接收的光通量是不恒定的。数字水准仪的CCD传感器是一组呈线性阵列的光电传感器, 当遇到光线不均匀或者照明条件比较极端的测量条件时, 对于条形码标尺上采样范围内的条形码群体就会发生误判, 产生较大的测量误差。因此, 使用数字水准仪应尽量选择光线相对均匀的环境条件, 尽量避免在强光、逆光、阴影或者诸如隧道等局部照明的条件下作业。

5 震动对测量结果的影响

数字水准仪对各种震动特别是地面震动较敏感, 地面震动会引起视准线和条形码标尺不稳定, 造成条形码标尺成像在仪器视场中上下跳动, 从而导致测量误差。因此, 测量时应选择稳定的地方设站和立尺, 并且在仪器安置之后需等仪器沉降稳定后才能进行测量, 尽量避免在重型车辆通过或者空气流动强烈时进行观测。

6 测量人员带来的测量误差

数字水准仪的读数原理是把条形码标尺的某一段条码的像准确聚焦在CCD传感器上, 才能准确地反映测量值, 因此调焦质量对测量结果的影响很大。由于每个观测人员的视力都是不同的, 不同测量人员的调焦焦距都不尽相同, 如果观测人员的视力相差过大 (如远视、近视) , 则在CCD传感器上的成像就会和标准值有偏差, 相应的测量结果也就不准确。所以, 在同一条水准路线上, 使用数字水准仪测量时尽量不要更换观测人员, 并尽量由视力较好的观测人员进行观测, 消除由于调焦带来的测量误差。

结束语

使用数字水准仪测量时, 必须熟悉测量规范, 熟练掌握仪器的操作步骤, 注意测量环境的选择, 加强仪器的保养和检验, 才能得到比较准确的测量结果。

参考文献

[1]张莉, 齐维君, 方爱平, 等.数字水准仪误差源及检定方法初探[J].测绘通报, 2005 (9) .

[2]GB/T 12897-2006.国家一、二等水准测量规范[S].

GPS高程测量代替水准测量探讨 篇10

1) 大地高高程系。该系是通过参考椭球面为基准面的高程系统, 在地面某点上大地高程定义是地面点沿在通过该点的椭球法线与椭球面的距离。GPS定位测量所获得的是WGS-84椭球大地坐标系中的成果, 我们也可以这样说GPS测量求得的是相对于WGS-84椭球大地高程。通过大地高程中定义得知是一个几何的向量而不具备任何物理意义。我们不难理解的是不同定义的椭球大地坐标系在构成不同的大地高程系统。

2) 正高高程系。该系是通过以大地水准面为基准面的高程系统, 在地面上任意一点的正高高程, 该点沿垂线方向至大地水准面之间的距离。该系性质:在地面任一点正高不随水准测量路线不同出现差异, 它是唯一可以确定的值, 我们可用来表示地面的高程;通过任何一点的重力加速度并根本不可以精确获得, 严格说在地面上任一点正高高程不可以精确的得出;地面点正高是该点至大地水准面的铅垂之间的距离。

3) 正常高高程系。该系是将正高系统中不能够精确获得的平均重力加速度通过正常重力取代得到的另一种系统的高程。在正常高高程系统中以类似大地水准面为基准面的高程系统。我们通过实际的应用高程测量中得出地面点的高程是采用正常高程系统。在地面点上的正常高是该点至似大地水准面的铅垂的距离, 在GPS所测高程是地面点沿通过该点的椭球法线到椭球面之间的距离, 在两个系统之间存在这一个高程异常, 因此在使用时我们把地面点上的大地高换成正常高。我国规定采用正常高高程系统作为我国高程统一系统。

4) 在高程系统转换过程中, 因为大地水准面与椭球面一般不能重合, 所以把某一个地面点沿铅垂线投影至大地水准面其间距离为正高。我们在通过该点沿法线方向投影至椭球面上的点, 在此时的距离被称做大地水准面差距。似大地水准面与椭球面也不能重合, 所以两者间的高程差称做高程异常。

在实际应用的作业的时候, 因为区域之间似大地水准面精化并没有普遍被使用, 所以我们在考虑范围不大的区域的时候高程异常具有一定几何相关性, 几何的高程拟合方法也没有被我们在系统中广泛的被应用。在GPS高程拟合是通过利用这个原理, 采用数学的方法, 求解GPS观测点的正常高度, 在GPS高程拟合模型当中GPS点布成一定区域面的时候我们可以采取数学曲面拟合的方式或方法来求得待定点的正常高。根据观测区中所得知的点平面坐标x与y的高程异常值, 采用数值拟合方法, 在拟合处测量区域似大地水准面在内插出待求点的高程异常值, 从而得求出待求点正常高。我简要介绍在GPS高程测量中用于拟合高程异常的曲面拟合方法。

1) 多项式曲面拟合法:通过公共点上的GPS测定得到的大地高与水准测量测定的正常高得出该点上的高程异常, 如果存在这样一个公共的点我们可以根据上式列出一个方程式, 若有m个这样的公共点, 就可以列出m个方程, 得出一个高程异常与点的坐标之间关系的多项式, 我们在测量过程中进行计算的时候必须要求有多余的观测值, 最后求得一个最或然值。

2) 移动二次曲面法:通过对某一内插点, 若数据点满足距离该内插点小于某个阈值R, 则可用这些数据点内插, 则称以内插点为圆心, 半径为R的圆形移动窗口曲面内插。移动二次曲面就是用满足上述条件的点进行二次曲面内插计算。但是加权平均法是移动拟合法的一个特例, 它是在解算待定点p的高程异常值的时候, 采用加权平均值来代替误差的方程。

3) 多面函数拟合法:我们通过在1977年美国学者Hardy提出的多面函数拟合法, 运用该法将其应用于地壳垂直形变的分析工作中。根据这个方法的思路:任何一个圆滑数学表面总可以采用一系列有规则的数学表面总和以任意精度递进。具体操作步骤:我们在各个数据点上建立一个曲面, 通过这个曲面在高程方向上将各个旋转曲面按照一定的比例叠加成一张整体而连续曲面, 使其严格地通过各个数据点。可以看到, 所有的高程模拟模型实际上都是在数学上实现的函数拟合, 而非在物理上真正的高程异常直, 因而其在一定应用范围内可以保证水准测量的精度, 但在布设大范围高精度的水准网时, 若初始水准数据不足, 则仍然存在模拟真实性的问题, 只有在拥有足够密度的传统水准测量点的情况下, 拟合出似大地水准面函数时, 使用GPS进行水准点加密才是主要的应用模式。

综上所述, 随着我国GPS的广泛应用, 我们要充分发挥GPS测量省时、方便、省力、精度高、成本低等优点在测定点的正常高和正高正在引起人们越来越广泛的兴趣。通过GPS水准与常规水准相比, GPS水准具有费用低、效率高等特点, 我们能够在大范围的区域内进行高程数据的加密。如何将GPS大地高转化成水准高程, 并使其保持一定的精度, 将继续成为测绘研究人员研究的热点问题。

摘要：本文介绍了常用的高程系统以及各高程系统之间的关系, 阐述了GPS高程测量中高程拟合的不同方法, 并对使用GPS进行高程测量进行了可行性分析。

关键词：GPS高程,正常高,高程转换

参考文献

[1]舒晓明.GPS高程测量代替三、四等水准测量探讨[M].中国水运, 2010 (4) .

[2]夏鹏, 罗新宇, 吴和元.GPS高程测量代替精密水准测量的可行性研究[M].甘肃科技, 2010 (2) .

[3]徐勇.GPS高程迭加拟合模型的研究[M].科技论坛, 2010 (4) .

[4]王旭, 刘文生.GPS高程拟合方法的研究[M].测绘科学, 2010 (4) .