1、幾何量電子傳感測量電子水準(zhǔn)測量數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的工作原理數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的操作原理數(shù)字水準(zhǔn)儀的原理誤差數(shù)字式電子水準(zhǔn)儀(1) 在GPS 全站儀這些數(shù)字化測繪儀器大面積使用的今天，許多測繪工作也逐步變得簡便，勞動強度大幅下降，惟獨水準(zhǔn)測量的勞動強度沒有太大進(jìn)展。世界上生產(chǎn)數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的廠家主要有LEICA、TRIMBLE、TOPCON、SOKKIA和我國的BOIF、FOIF。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的技術(shù)一直由外國公司所控制，產(chǎn)品價格很高，這是數(shù)字電子水準(zhǔn)儀在國內(nèi)一直未能普及的原因之一。武漢大學(xué)開發(fā)了自主知識產(chǎn)權(quán)的電子水準(zhǔn)技術(shù)，致力于廉價的普及型數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的開發(fā)。圖 Leica DNA系列數(shù)字電子水準(zhǔn)儀

2、 圖 BOIF DAL系列數(shù)字電子水準(zhǔn)儀數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的工作原理數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。13、電源12、顯示及鍵盤11、微處理器1、條碼水準(zhǔn)尺2、物鏡組3、調(diào)焦鏡5、分劃板6、目鏡7、折反棱鏡8、CCD傳感器9、CCD驅(qū)動及程控放大電路10、A/D轉(zhuǎn)換4、光學(xué)補償器數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的光機系統(tǒng)和普通自動安平水準(zhǔn)儀的技術(shù)原理幾乎完全相同。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀幾乎保留了光學(xué)水準(zhǔn)儀的所有光機系統(tǒng)，只是額外增加了電子讀數(shù)系統(tǒng)，是在自動安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上增加了一套電子圖象自動識別系統(tǒng)。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的原理結(jié)構(gòu)(2)電子水準(zhǔn)儀和普通光學(xué)水準(zhǔn)儀在讀數(shù)原理上也有許多相同相似的地方。電子讀數(shù)的過程也都存在粗測、

3、精測和精粗銜接和光學(xué)模擬水準(zhǔn)儀人工讀數(shù)類似的步驟過程。圖.電子水準(zhǔn)儀與光學(xué)水準(zhǔn)儀的精粗測量含義比較示意數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的原理結(jié)構(gòu)(2)光電傳感器通過望遠(yuǎn)鏡截取條碼標(biāo)尺的一段條碼的圖象首先解算所截獲條碼片段在標(biāo)尺上的位置，這一過程叫做粗測；其次要解算出電子中絲在所截獲的條碼片段中的位置，這一過程叫做精測；再次就是根據(jù)精測值和粗測值求得電子中絲在標(biāo)尺上的位置-即測量結(jié)果，這一過程叫做精粗銜接。這些過程和光學(xué)模擬水準(zhǔn)儀的人眼讀數(shù)過程完全相似。.電子水準(zhǔn)儀與光學(xué)水準(zhǔn)儀的精粗測量含義比較示意視距的測量原理也和光學(xué)水準(zhǔn)儀類似，也是通過物象比即標(biāo)尺實物與其成像的幾何比例關(guān)系來實現(xiàn)。具體說，就是通過標(biāo)尺上的碼元

4、的實際寬度與其在光電傳感器上的成像的寬度的比值和望遠(yuǎn)鏡的焦距來推算視距值。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的技術(shù)瓶頸所在數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的原理是一維圖象匹配。水準(zhǔn)儀的工作環(huán)境條件和要求的特殊性，其技術(shù)難度也比較高。從工作環(huán)境條件上看，數(shù)字電子水準(zhǔn)儀是外業(yè)儀器。水準(zhǔn)儀的標(biāo)尺是自然光照明，自然光的照度差異非常巨大。且照度存在波動和不均勻，要求儀器自動適應(yīng)。圖象成像也存在諸于調(diào)焦、像差、噪聲等因素造成的圖象模糊、失真、干擾等問題。不同條件下的圖象信號變化.距離、調(diào)焦、照度、背景、照度不均勻時的圖象信號變化 數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的技術(shù)瓶頸所在(1)這就注定了數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的解碼算法只能是模糊識別算法。其思路是以所有像素都參與的

5、對各種可能結(jié)果或中間結(jié)果的“窮舉式表決”，把各種可能性的圖象匹配度都算出來，以最大匹配度的結(jié)果作為解碼結(jié)果。這樣只要作到圖象模糊、失真等不足以影響到最終“投票結(jié)果”就能保證可靠解碼。而編碼規(guī)則則當(dāng)然要符合所使用的“表決”方法(算法)的需要。其次，水準(zhǔn)儀的標(biāo)尺和水準(zhǔn)儀的距離的隨意性很大，最大視距和最短視距相差數(shù)十倍。這就導(dǎo)致了圖象和實物的比例關(guān)系變化無常，這就增加了一個物象比未知量。所以水準(zhǔn)儀的一維圖象匹配實質(zhì)是二維匹配算法，其運算量當(dāng)然是巨大的；再次，儀器耗電不能太大且環(huán)境適應(yīng)性要好，也就意味著必須盡量使用高穩(wěn)定的低速微處理器來實現(xiàn)高速測量。 從技術(shù)要求上看，數(shù)字電子水準(zhǔn)儀是計量儀器，要求實現(xiàn)

6、亞毫米級甚至以下的電子測量精度。即使是在距離數(shù)十米甚至一百米圖象被壓縮得很小的情況下也必須保證這個精度，更不容許出現(xiàn)粗差。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的技術(shù)瓶頸所在(2)電子水準(zhǔn)儀的解碼算法都采用了快速模糊識別算法，相關(guān)、波譜分析、傅立葉變換等都是模糊算法的表現(xiàn)形式。模糊識別算法是以圖象的整體匹配度為解碼突破口，只有模糊識別算法才能解決圖象模糊、破損、壓縮、失真、噪聲干擾等難題，而編碼方法當(dāng)然都跟這些模糊算法有著特定的內(nèi)在聯(lián)系。于是，模糊算法的運算量和運算時間就是所面臨的主要矛盾了。實現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的高速算法是數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的核心問題。依靠黑白條紋信號的高低實現(xiàn)條紋寬度的像素計數(shù)是不可能造出儀器的某些條件下黑條

7、紋的信號強度甚至比白條紋還高，黑白與01很難簡單對應(yīng)，通過黑白判別進(jìn)行像素計數(shù)根本不可能，黑白判別本身就是數(shù)字水準(zhǔn)儀的課題研究點；某些條件下黑白邊沿的跳變也非常模糊，甚至就沒有跳變，邊緣檢測也很不可靠。其實以邊緣檢測、像素計數(shù)來實現(xiàn)條碼的像寬的測量繼而實現(xiàn)解碼的技術(shù)路徑已經(jīng)被實驗所證實，并不能實現(xiàn)有實用價值的儀器。所有的電子水準(zhǔn)原理的編碼都是由解碼模糊算法的需要決定的，根本無法“互換”。電子解碼原理概述幾種電子水準(zhǔn)原理主要算法相關(guān)法;幾何法;相位法;RAB原理;武大原理。幾種算法的共性使用了自動安平水準(zhǔn)儀的光路原理;使用了條形碼標(biāo)尺，條碼明暗相間。通過改變明暗條碼的寬度實現(xiàn)編碼，且條碼不存在重

8、復(fù)的碼段。不同電子水準(zhǔn)原理的碼尺比較相關(guān)法圖5-7.相關(guān)法的直接黑白編碼示意Leica儀器使用相關(guān)法，其解碼原理就是對圖象信號與約定的編碼進(jìn)行相關(guān)解算，根據(jù)最大相關(guān)點的位置獲得所截獲的條碼片段的原碼和物象比，求得粗測值和視距。精測原理則由電子中絲和碼元的相位關(guān)系實現(xiàn)。由于物象比和原碼值兩個未知量，其相關(guān)算法是二維相關(guān)算法.1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1由于是直接進(jìn)行相關(guān)搜索運算，所以標(biāo)尺的編碼直接以偽隨機碼進(jìn)行黑白二進(jìn)制編碼。碼元0和1分別與條碼的黑白相對應(yīng)。相關(guān)法的優(yōu)點是思想方法簡單，相關(guān)法解碼可靠,缺點是運算量大,對處理器要求高,測量速度慢. 相關(guān)法的精測原

9、理仍然利用電子中絲和所截獲的碼片段碼元的相位(位置)關(guān)系實現(xiàn)。由于在粗測過程已經(jīng)把標(biāo)尺上的每個碼元在光電傳感器上的成像地址清晰排列出來。所以電子中絲和這些地址之間的位置關(guān)系可以輕松求解。幾何法幾何法的解碼原理區(qū)別于相關(guān)法的地方是通過相位碼的引入減少了標(biāo)尺上黑白條紋寬度的種類，并使得圖象信號中可以變換出周期波譜，利用周期波譜的波長和相位確立碼元的坐標(biāo)分布，從而采用簡單的一維相關(guān)就可以求出碼序?qū)崿F(xiàn)快速的“碼詞” 讀取，解決了相關(guān)法的測量速度慢的問題。相位調(diào)制后的條碼測量碼載碼 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0邊沿信號載碼相位信號幾何法的相位調(diào)制編碼原理其所謂的相似三角形空間變換幾何關(guān)系的不是

10、其真正特點，因為這種相似三角形空間幾何比例關(guān)系實質(zhì)是所有電子水準(zhǔn)原理所共同采用的。幾何法(1)幾何法的幾何法的編碼規(guī)則：載碼遇0碼元則反相,遇1碼元則同相的編碼規(guī)則幾何法條碼的寬度種類僅有二種寬度，大的條紋寬度就是碼元的寬度，小的條紋寬度就是半個碼元的寬度幾何法條紋粗，100米距離也不可能出現(xiàn)條紋“淹沒”，實現(xiàn)物象比解算和粗測容易，搜索范圍小。幾何法原理的遠(yuǎn)近兼容測量原理但信息密度均勻了，二種寬度的條碼很難同時顧及遠(yuǎn)近距離的測量要求。因為近距離時望遠(yuǎn)鏡成像很大，在光電傳感器上成像的碼元個數(shù)大大減少，少到一定限度就保證不了解碼的唯一性。若減少碼元寬度顧及近距離又對遠(yuǎn)距離的圖象分辨不利。為解決短視

11、距的測量問題，幾何法采用雙相位碼編碼-在單相位碼的基礎(chǔ)上加入約定的1mm明暗窄條碼，這種碼只有在近距離時光電傳感器才可以分辨并參與解碼，在遠(yuǎn)距離時其在光電傳感器上無法分辨(淹沒)，不參與解碼。目前文獻(xiàn)所介紹的幾何法原理其實只是著重強調(diào)了其精測原理和精粗銜接過程，其望遠(yuǎn)鏡成像幾何比例關(guān)系就是說明的電子中絲和碼元之間的相位（位置）關(guān)系。如圖。而對于其粗測原理-“碼詞”的獲取這一數(shù)字水準(zhǔn)儀的實質(zhì)技術(shù)問題則進(jìn)行了回避。相關(guān)法和幾何法的名稱命名角度是不一致的，前者是粗測特征，后者是精測特征。而且精測“特征”不是獨有的。相關(guān)法也利用了望遠(yuǎn)鏡成像幾何位置(相位)關(guān)系實現(xiàn)精測，幾何法也可以使用相關(guān)算法(但不一

12、定是二維相關(guān))實現(xiàn)粗測(獲得“碼詞”)。而其區(qū)別僅在于是否利用載碼來實現(xiàn)運算量的減少。相位法相位法原理的基本特征是利用標(biāo)尺條碼圖象信號中的幾個不同周期碼的波譜的相位差來實現(xiàn)粗測，算法是快速傅立葉變換，其運算量較大。精測原理利用R周期碼的相位信息實現(xiàn)。.相位法的標(biāo)尺編碼與圖象波譜相位法(1)其測量原理和光電測距儀的組合頻率法是類似的，主要分6個步驟進(jìn)行：分別測量出電子中絲在標(biāo)尺成像中的A碼、B碼和R碼三種周期信號中的相位值A(chǔ)、B和R；用A、B求解出電子中絲在隱含頻率FC=FB-FA中的相位c=B-A ；根據(jù)隱含頻率FC的波長 和相位c求得第一高度粗測值HC；根據(jù)A碼（或者B碼）信號的波長 LA(

13、或者LB)和相位A(或者B)求得第二高度粗測值HA(或者HB)；再根據(jù)R信號的周期LR和相位R求得高度精測值。最后依次將 HC 、 HA （或者HB ）和HR逐次精粗銜接就可以獲得精確的高度測量結(jié)果H了。使用第二粗測值，是因為第一粗測值的精度超出了和精測尺R碼的波長，將第一粗測值和精測值直接銜接將會出現(xiàn)整周期的R碼粗差。RAB原理.RAB原理的碼寬調(diào)制編碼原理RAB原理編碼規(guī)則是載碼碼寬數(shù)字調(diào)制，其解碼的突破口是利用相鄰碼元中心等距離特征即條碼圖象信號中包含有周期波譜，利用這個周期波譜來實現(xiàn)快速粗測，精測原理和其他方法仍然類似。載碼測量碼脈寬調(diào)制后的條碼 01 00 11 10 11 10 1

14、1載碼相位信號RAB原理為解決遠(yuǎn)近視距兼容使用了6種寬度的編碼，且6種碼分為三組，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(yuǎn)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)中心距離等于定值。武大原理武大原理是武漢大學(xué)發(fā)明并實現(xiàn)的自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字水準(zhǔn)原理，已經(jīng)應(yīng)用于博飛DAL系列和蘇一光EL系列數(shù)字水準(zhǔn)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。解碼時首先利用條碼圖象信號中的比例載碼周期波譜實現(xiàn)物象比解算，進(jìn)而實現(xiàn)快速粗測、精測。本原理中條碼區(qū)別于

15、其他原理的顯著特點是相鄰明暗條紋的邊界(或者暗明條紋的邊界)之間的距離等于定值。 10 11 01 00 10 00 00 10 01 11 11 00 2 3 1 0 2 0 0 2 1 3 3 0比例調(diào)制后的條碼載碼測量碼載碼相位信號武大原理的比例調(diào)制編碼原理電子水準(zhǔn)原理的比較電子水準(zhǔn)原理的精測原理都大體相似.粗測、精測、精粗銜接過程相似，都要涉及電子中絲和所截獲條碼圖象中的某種信息的相位(位置)關(guān)系，都要涉及望遠(yuǎn)鏡成像的三角形幾何比例關(guān)系的應(yīng)用。不同之處在于粗測的實現(xiàn)過程以及精測、粗測都要涉及到的物象比的確立過程。相關(guān)法的條碼的碼元直接黑白調(diào)制，相位法、幾何法、RAB法和武大原理都使用和

16、利用了載碼調(diào)制編碼解碼;相位法的波譜較復(fù)雜，只能使用傅立葉變換來解碼,運算量大, 測量速度慢;幾何法、RAB法和武大原理只需要簡單的算法就可以解算出波譜的周期和相位確立碼元圖象的坐標(biāo)分布，運算量小和測量速度高。幾何法必須增加細(xì)條紋碼克服近距離時信息密度過低的缺陷，RAB原理和武大原理只需增加調(diào)制級數(shù)就可以解決近距離時信息密度低的問題。電子水準(zhǔn)原理的學(xué)理分類水準(zhǔn)原理的實質(zhì)區(qū)別是解碼的第一突破口-粗測的確定方法不同。所以名稱和分類方法應(yīng)該圍繞這個特點來進(jìn)行，這樣才能明晰地區(qū)別它們各自的技術(shù)特點。電子水準(zhǔn)原理分類二維相關(guān)法LEICA（相關(guān)法）載碼相位法相位法TOPCON相位調(diào)制載碼相位法Trimbl

17、e（幾何法）脈寬調(diào)制載碼相位法SOKKIA（RAB原理）比例調(diào)制載碼相位法武漢大學(xué)(武大原理)二維相關(guān)法即是原來的相關(guān)法，使用二維相關(guān)算法。相位法的名稱叫法沒變，因為這一叫法的確反映了其特點。幾何法、RAB和武大原理由于都使用了載碼作為解碼的突破口，故將這三種方法歸類為載碼相位法。電子水準(zhǔn)原理的學(xué)理分類(1)Trimble的幾何法由于是對載碼進(jìn)行相位調(diào)制，故命名為相位調(diào)制載碼相位法；SOKKIA的RAB由于是對載碼進(jìn)行脈寬調(diào)制，故命名為脈寬調(diào)制載碼相位法；武大原理由于是對載碼進(jìn)行比例調(diào)制，故命名為比例調(diào)制載碼相位法?，F(xiàn)有的五種原理的發(fā)明思想是具有同源性的快速圖象處理算法的實現(xiàn)手段。從載碼調(diào)制方

18、法使用的情況看，相位調(diào)制、脈寬調(diào)制和比例調(diào)制方法三種可能的調(diào)制方法都已經(jīng)用完，第六原理的發(fā)明將更加困難。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的操作原理電子水準(zhǔn)儀除了完成和普通水準(zhǔn)儀一樣的基本測量功能以外，還通常附帶了一些擴展功能。如：電子記錄、數(shù)據(jù)通訊、電子校正、相對高程和絕對高程測量、放樣測量模式、倒尺測量模式、標(biāo)尺誤差改正、地球曲率改正等等。這些擴展功能的靈活運用將可以大大提高電子水準(zhǔn)的作業(yè)效率，降低勞動強度。基本測量數(shù)字電子水準(zhǔn)儀也無外乎測量標(biāo)尺的高度值和視距，所以一般數(shù)字電子水準(zhǔn)儀在照準(zhǔn)標(biāo)尺完成光照強度適應(yīng)后即可啟動測量鍵實現(xiàn)測量，儀器屏幕會顯示標(biāo)尺高度值和視距值。這是所有電子水準(zhǔn)儀都具備的最基本功能。電子

19、記錄幾乎所有電子水準(zhǔn)儀都有電子記錄功能，它是把測量的原始結(jié)果直接存儲記錄于儀器的內(nèi)存之中，不僅避免了人工記錄可能導(dǎo)致錯誤的可能，也整整節(jié)省了一個記錄人員的勞動工作量。數(shù)據(jù)通訊電子記錄的數(shù)據(jù)可以通過移動存儲介質(zhì)實現(xiàn)和計算機的數(shù)據(jù)交換，也有利用數(shù)據(jù)通訊傳輸功能實現(xiàn)和計算機的數(shù)據(jù)交換的。測量數(shù)據(jù)進(jìn)入計算機后，既可以生成便于管理的電子文檔，也可以方便地被用戶程序所使用。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的操作原理（1）電子校正-電子i角的校正和視距常數(shù)的校正電子i角校正基本都是通過視距差和高度差的變化來實現(xiàn)電子i角的精確求解。多數(shù)儀器直接在儀器內(nèi)計算出i角值并將這個i角進(jìn)行保存操作即可實現(xiàn)電子中絲的自動重新定位。也有儀器

20、是在校正測量中直接輸入準(zhǔn)確的高度值就可以實現(xiàn)電子中絲的自動重新定位，而準(zhǔn)確高度值的獲取既可通過光學(xué)辦法實現(xiàn)也可用電子i角修正的方法實現(xiàn)。視距常數(shù)的校正一般不對用戶開放，因為視距常數(shù)是儀器望遠(yuǎn)鏡的固有常數(shù)，這一常數(shù)在儀器制造過程中都完成了校正，而這一參數(shù)具有較好的穩(wěn)定性。我國BOIF數(shù)字水準(zhǔn)儀的視距常數(shù)的校正就是在校正測量中直接輸入準(zhǔn)確的視距值就完成視距常數(shù)的重新設(shè)定。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的操作原理（2）相對高程和絕對高程測量水準(zhǔn)測量的真實目的是測量點位的絕對高程或相對高程，數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的原始測量結(jié)果和普通水準(zhǔn)儀是一樣的，即標(biāo)尺高度和視距。需要通過已知高程點的引入、測量被測量點與已知點的標(biāo)尺高度差進(jìn)

21、而求解出被測量點的高程。這一過程是在數(shù)字電子水準(zhǔn)儀內(nèi)部自動完成的。放樣測量模式放樣測量模式是為工程施工放樣測量的需要而設(shè)計的。進(jìn)行放樣模式的要求是設(shè)站操作和放樣點的高程預(yù)設(shè)，啟動測量后儀器即顯示被測點需要上升或下降的相對高度。倒尺測量模式許多儀器設(shè)計有標(biāo)尺倒立的測量模式，這種模式對某些特殊的測量環(huán)境將非常有用，譬如測量天花板的平整度等。標(biāo)尺誤差改正標(biāo)尺誤差是指標(biāo)尺的米長定義誤差和熱膨脹誤差，由于這二種誤差導(dǎo)致了標(biāo)尺的的米長和真值存在偏差，使得標(biāo)尺高度測量結(jié)果中存在乘常數(shù)誤差，這一誤差對于某測量時段來說通常是系統(tǒng)誤差，可以利用計量部門提供的溫度改正方程完成對測量結(jié)果的誤差修正。在數(shù)字電子水準(zhǔn)儀中

22、，這一過程只需要給儀器設(shè)定標(biāo)尺的改正乘常數(shù)，就可在儀器內(nèi)部自動完成。DAL1032RC數(shù)字電子水準(zhǔn)儀操作性能DAL1032RC數(shù)字電子水準(zhǔn)儀其基本性能：安平精度0.5安平時間2s數(shù)據(jù)通訊接口RS-232C儀器內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)2000組數(shù)據(jù)電源(充電電池)6v/1.3AH電源連續(xù)工作時間10小時定時自動關(guān)機時間5分鐘儀器重量2.5kg儀器外形尺寸244mm x 178mm x 190mm其他功能1km往返水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差光學(xué)讀數(shù)電子讀數(shù)1.0mm1.5mm電子讀數(shù)系統(tǒng)最大測程 最小測程單次測量時間高程最小顯示值距離最小顯示值100m2m1-2s0.1mm0.01m望遠(yuǎn)鏡放大率物鏡有效孔徑最短視距32

23、倍40mm0.5m圓水準(zhǔn)器角值8/2mm補償器工作范圍15DAL1032RC數(shù)字電子水準(zhǔn)儀操作性能絕對和相對高程測量功能掃平、AB和ABBA三種測量模式視距差累計提示標(biāo)尺乘常數(shù)誤差改正地球曲率改正大氣折光改正藍(lán)牙式數(shù)據(jù)通訊功能人工測量數(shù)據(jù)可以記錄液晶顯示背光，中文、英文二種版本自帶路線高程統(tǒng)計及i角測試軟件高度直接置入式i角電子校正和自動電子校正二種電子校正模式。自動模式完全包含F(xiàn)ostner法、Nahbaner法及 Kukkamak法，對標(biāo)尺與儀器的位置關(guān)系沒有苛刻限制。電池電壓檢測與低壓保護(hù)功能。 DAL數(shù)字電子水準(zhǔn)儀操作性能介紹(1)面板僅使用了4個功能按鍵和一個電源鍵，功能提示在液晶顯

24、示器上一目了然。開機后儀器即進(jìn)入信號捕捉狀態(tài)，在照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺的情況下，通常幾秒鐘就完成了圖象曝光的自動適應(yīng)，啟動測量鍵即可完成測量讀數(shù)。標(biāo)尺高度和視距的讀數(shù)結(jié)果顯示在液晶屏幕上。讀數(shù)完成后，F(xiàn)2、F3鍵的功能定義為記錄功能和尺高/高程切換操作功能。記錄功能完成對測量值的電子記錄，而尺高/高程操作功能則可完成尺高/高程的顯示切換、高程編輯設(shè)定。 開機后按F4即可進(jìn)入功能菜單，完成平均測量次數(shù)的設(shè)定、標(biāo)尺乘常數(shù)的設(shè)定、內(nèi)存數(shù)據(jù)的查閱、通訊發(fā)送、刪除和格式化電子i矯正等。儀器的工廠校正模式通過按住F2鍵開電源的方式進(jìn)入。對準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行測量，然后按F1輸入正確的尺高或按F2輸入正確的視距值即可完成儀器的電

25、子校正。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的幾種不利測量環(huán)境 逆光測量逆光測量時由于太陽光大量進(jìn)入水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡。這種干擾光在望遠(yuǎn)鏡鏡壁多次漫反射后仍然有過量光線直接照射到光電傳感器，造成對標(biāo)尺圖象的嚴(yán)重干擾，圖象質(zhì)量嚴(yán)重變差，導(dǎo)致測量解碼無法進(jìn)行。解決方法就是盡量避免逆光測量環(huán)境。儀器架設(shè)于強光環(huán)境而標(biāo)尺架設(shè)于過分弱光環(huán)境這種情形多見于儀器架設(shè)于太陽光下而標(biāo)尺架設(shè)于樹或建筑物陰影中。由于標(biāo)尺亮度很暗，儀器必然增加感光靈敏度來保證標(biāo)尺的成像質(zhì)量。但由于儀器安置在強光環(huán)境，從儀器望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡（主要是目鏡）散射進(jìn)去的干擾光線也仍然可能過分強烈，造成對標(biāo)尺圖象的嚴(yán)重干擾。解決方法是臨時用手或黑色衣物將目鏡遮擋直到測

26、量完成，或者盡量避免這樣的測量環(huán)境。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的幾種不利測量環(huán)境標(biāo)尺光照不均勻這種情形多見于標(biāo)尺架設(shè)于樹陰處。由于樹枝葉的作用，太陽光對標(biāo)尺的照射極不均勻，標(biāo)尺圖象嚴(yán)重失真導(dǎo)致無法正常解碼。解決方法只能是盡量避免這樣的測量環(huán)境。視場內(nèi)標(biāo)尺下方有強反光地物在標(biāo)尺架設(shè)于遠(yuǎn)距離且地勢較高時，儀器望遠(yuǎn)鏡視場中的標(biāo)尺下方必然有地物。這些地物當(dāng)然也會成像在光電圖象傳感器上。儀器對圖象感光完成自動光強適應(yīng)時并不能判定這些影象哪些是地物影象哪些是標(biāo)尺的影象。而當(dāng)?shù)匚镉跋蟮牧炼冗^分高于標(biāo)尺部分的亮度時，標(biāo)尺影象的對比度必然過分低劣，圖象難以解碼。解決方法是盡量提高儀器的架設(shè)高度或盡量降低標(biāo)尺的架設(shè)高度，使得

27、地物影象盡量遠(yuǎn)離望遠(yuǎn)鏡的視場中心區(qū)域?；蛘弑M量避免這樣的測量環(huán)境。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀的幾種不利測量環(huán)境標(biāo)尺尺面正反射由于標(biāo)尺尺面的條碼是用油漆印刷，許多標(biāo)尺的黑色條紋也是用光漆印刷。當(dāng)光線處于正反射狀態(tài)時，黑色的光漆也會產(chǎn)生強烈的反光，這時的圖象將是黑白不分，自然難以解碼。解決的方法是變換一下標(biāo)尺的角度。數(shù)字水準(zhǔn)儀的原理誤差數(shù)字水準(zhǔn)儀是在自動安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上增加智能讀數(shù)系統(tǒng)而成。其結(jié)構(gòu)沒有超出原來的自動安平水準(zhǔn)儀的框架，所以數(shù)字水準(zhǔn)儀具有自動安平水準(zhǔn)儀的所有原理誤差，譬如：i角誤差、交叉誤差、補償器重復(fù)性、補償非線性、水準(zhǔn)尺的熱膨脹誤差、調(diào)焦誤差等。數(shù)字電子水準(zhǔn)儀幾個主要的精度性能極其檢驗方法。

28、i角誤差；調(diào)焦誤差；交叉誤差；補償器的重復(fù)性；補償器的非線性；磁致誤差；水準(zhǔn)尺的米長定義誤差；分辨精度的檢驗；綜合精度。i角誤差i角誤差系由于望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不平行水平線，而與水平面存在一個夾角i。等級水準(zhǔn)測量實踐中對該誤差的應(yīng)對措施是：1、前后視距對稱，視距累積差被限制在較小范圍；2、測量前校準(zhǔn)i角。 HbiHai我國GB12897和GB12898水準(zhǔn)測量規(guī)范規(guī)定： i角限差視距視距差限差視距差累積限差一等水準(zhǔn)測量1530m0.5m1.5m二等水準(zhǔn)測量1550m1m3m三等水準(zhǔn)測量2075m2m5m四等水準(zhǔn)測量20100m3m10mi角誤差對每km往返標(biāo)準(zhǔn)差的影響以i=10，1km路線視距差累積

29、標(biāo)準(zhǔn)差1m為例，i角誤差對1km往返標(biāo)準(zhǔn)差的貢獻(xiàn)值則為： 檢驗傳統(tǒng)的平行光管法對于電子水準(zhǔn)儀來說只適用于檢驗光學(xué)i角，室外標(biāo)尺檢驗法由于沒有考慮多余觀測，因此檢驗成果的可信度不高。在室外標(biāo)尺法的基礎(chǔ)上增加了多余觀測，提高了i角的檢驗可靠度，也能提交i角的精度評價。檢驗原理：取2個穩(wěn)定的水準(zhǔn)點a和b分別架設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)尺，儀器架設(shè)于包含標(biāo)尺對稱點的任意n個位置讀取2標(biāo)尺讀數(shù)Hai、Hbi以及視距Dai、Dbi，設(shè)a、b二點高差為h，儀器i角為I。則誤差方程：i角誤差（1）一個測試案例測站號A尺讀數(shù)B尺讀數(shù)高差視距差尺高視距尺高視距00.975241.591.293840.08-0.31861.5111

30、.040452.721.357829.00-0.317423.7221.112665.291.429017.08-0.316448.2130.916031.581.235650.09-0.3196-18.5141.034020.381.354261.40-0.3202-41.02i=9.150.54 h=-0.31856m0.08mm顯然，這一測試原理不僅可以檢驗儀器的i角誤差，還可以用于獲取精確的高差估值h。對于測繪生產(chǎn)中經(jīng)常使用的往返或閉合環(huán)式的測量方式來說，我們?nèi)匀豢梢园凑丈鲜鏊悸帆@取儀器當(dāng)時的i角值，從而通過i角的改正獲得高精度的測量成果。這樣就不必要在施測時那么嚴(yán)格控制視距的對稱性了

31、。 i角誤差的電子校正幾乎所有數(shù)字水準(zhǔn)儀都設(shè)計有電子i角的自動校正功能，其原理是通過不同視距對稱條件下的同一高差測量結(jié)果的差異來計算電子i角，然后自動完成電子中絲的重新定位。其所謂Fostner法、Nahbaner法及 Kukkamak法實質(zhì)都是這一原理的具體體現(xiàn)。而對于儀器使用者來說，找到這些校正程序的入口按照其提示進(jìn)行操作就可以了。在博飛DAL系列數(shù)字水準(zhǔn)儀中，儀器有二種電子i角校正模式。一種是真值置入方式（工廠模式），另一種是自動計算方式。真值置入方式通過按住F2鍵開電源的方式進(jìn)入校正程序。對準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行測量，然后按F1輸入正確的尺高或按F2輸入正確的視距值即可完成儀器的電子校正。而正確的

32、尺高的獲取可以來自i角檢驗的修正結(jié)果，也可以來自光學(xué)讀數(shù)（在光學(xué)i角已經(jīng)校正完好的前提下）。而自動計算方式就是前邊所說的Fostner法、Nahbaner法及 Kukkamak法。其對這三種標(biāo)尺擺放方法并不考究，也不在意視距的具體數(shù)值。只要二次架設(shè)儀器的前后視距差存在明顯差異即可。在儀器中這三種方法的計算程序是一樣的。具體操作方法是：在二水準(zhǔn)點A、B分別架設(shè)標(biāo)尺。在標(biāo)尺間或標(biāo)尺外選取一位置1架設(shè)儀器。儀器開機選定功能菜單的電子i角校正功能（也可以按F1開機進(jìn)入。中文版提示為“9.電i校正”，英文版提示為“i CAL”）。按照提示分別照準(zhǔn)標(biāo)尺A、B進(jìn)行測量；然后儀器在移動一定距離后的點2架設(shè)整平

33、儀器，再按提示分別照準(zhǔn)標(biāo)尺A、B進(jìn)行測量，儀器完成校正計算后將自動關(guān)機。只需要注意的是點1和點2的前后視距差應(yīng)該明顯不同。i角誤差的外業(yè)意義外業(yè)測量可采取二種途徑減少i角誤差的影響：1、前后視距對稱。2、將i角作為未知量參與平差。例題：A、B二點位于一水渠二邊，需要精確測量其高差。某人在水渠二邊取了若干個觀測點Ci，如圖。因不能作到前后視距對稱，故選擇將水準(zhǔn)儀i角誤差作為未知量參與平差的測量方案。觀測數(shù)據(jù)如表，請完成結(jié)果計算。 AB調(diào)焦誤差調(diào)焦誤差是因為望遠(yuǎn)鏡鏡筒和調(diào)焦鏡的原因?qū)е碌膇角隨調(diào)焦不同而變化。調(diào)焦誤差的檢驗和普通光學(xué)模擬水準(zhǔn)儀完全相同，在室內(nèi)用專用平行光管(內(nèi)裝有多組不同視距的分劃

34、板)就可以實現(xiàn)。實際上調(diào)焦誤差是和i角誤差混合在一起的。外業(yè)測量可采取前后視距對稱來減少調(diào)焦誤差的影響。交叉誤差和補償非線性誤差交叉誤差是因為儀器左右整平的不同而導(dǎo)致不同的i角誤差，它主要是由補償器吊絲的擺動方向和望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不平行（存在交叉）導(dǎo)致。跟傳統(tǒng)的微傾水準(zhǔn)儀的長水泡軸交叉原理一樣?，F(xiàn)在學(xué)界習(xí)慣把補償器的交叉誤差叫做橫向補償誤差。其誤差機理是儀器多少存在左右傾斜，左右傾斜導(dǎo)致補償器誤補償。儀器前后視轉(zhuǎn)換中，誤補償誤差出現(xiàn)積累而不是抵消。補償非線性誤差補償器非線性是指水準(zhǔn)儀因為整平狀態(tài)不同，補償器進(jìn)行補償后存在的殘剩誤差?，F(xiàn)在學(xué)界把誤差非線性叫縱向補償誤差。交叉誤差和非線性誤差是補償器的

35、重要誤差當(dāng)儀器豎軸傾斜一定時，儀器從后視轉(zhuǎn)前視或從前視轉(zhuǎn)后視時i角將發(fā)生變化。即使前后視距對稱也不能消除這二項誤差對測量結(jié)果的影響。 目前JJG425-2003水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程對二種補償誤差的限差（最大允差）標(biāo)準(zhǔn) 補償誤差DSZ05DSZ1DSZ3縱向補償誤差0.2/10.3/10.5/1橫向補償誤差0.2/10.3/10.3/1交叉誤差對每km往返標(biāo)準(zhǔn)差的影響以=0.3/1,圓水泡導(dǎo)致豎軸傾斜的標(biāo)準(zhǔn)差2.7，單站跨距50m為例：縱向補償誤差對每km標(biāo)準(zhǔn)差的貢獻(xiàn)顯然，JJG425-2003給出的限差太寬泛。交叉誤差和補償非線性誤差的校準(zhǔn)交叉誤差的傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法：在室內(nèi)水平平行光管為標(biāo)準(zhǔn)，通過微傾臺

36、調(diào)整，觀察儀器左右傾斜時儀器i角的變化量。并對補償器的方向作出調(diào)整。補償非線性誤差的傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法：在室內(nèi)水平平行光管為標(biāo)準(zhǔn)，通過微傾臺調(diào)整，觀察儀器前后傾斜時儀器i角的變化量。并對補償器的重心高低作出調(diào)整。但是，因為人眼的分辨能力，獲得0.3/1是很困難的事情。交叉誤差和非線性誤差-外業(yè)意義外業(yè)測量中消減誤差影響的措施仍然是盡量使誤差表現(xiàn)系統(tǒng)性而采用抵償?shù)霓k法。具體做法是：“后前前后”的作業(yè)模式中，往測整平水準(zhǔn)泡在照準(zhǔn)前尺時進(jìn)行，而返測則重新整平水準(zhǔn)泡且在照準(zhǔn)后尺時進(jìn)行。整平操作要精確仔細(xì)。往測和返測所測結(jié)果的均值將會把誤差大大消減。往測返測交叉誤差和非線性誤差-外業(yè)意義還有一種抵償辦法： “

37、后前前后-前后后前”的作業(yè)模式。奇數(shù)站“后前前后”，整平儀器在照準(zhǔn)后尺時進(jìn)行；偶數(shù)站“前后后前”，整平儀器在照準(zhǔn)前尺時進(jìn)行。且奇數(shù)站和偶數(shù)站跨距基本相等。 奇數(shù)站偶數(shù)站補償器的重復(fù)性補償器的重復(fù)性是指補償器在重力的作用下回位的一致性，由于補償器吊絲特性等結(jié)構(gòu)材料上的原因，補償器的重力擺不能回位到絕對的同一位置，從而導(dǎo)致儀器的i角隨機性變化和測量結(jié)果的不穩(wěn)定。補償器的重復(fù)性的檢驗方法和普通光學(xué)水準(zhǔn)儀一樣，即在室內(nèi)以水平平行光管為標(biāo)準(zhǔn)，通過水準(zhǔn)儀輕微敲動，觀測儀器儀器i角的變化量。另外，該性能在后面的分辨精度等檢驗中都有所體現(xiàn)。磁致誤差磁致誤差系地球磁場對補償器產(chǎn)生磁力而影響補償器的補償效果，原因系補償器主體是金屬材料，特別是補償器吊絲、溫度補償片甚至還有用鐵磁材料，其表現(xiàn)是儀器的i角因與地球磁場的方向不同而變化。由于這種變化量很小，傳統(tǒng)檢測方法都是通過外加人工強磁場來推定其性能。 雖然i角變化很小，其對綜合精度的貢獻(xiàn)卻不容小視，這一點非常類似補償誤差。對每km標(biāo)準(zhǔn)差的貢獻(xiàn)假定因地球磁場導(dǎo)致i角變化的最大范圍為1，每測站跨距50米，1km路線由20個方向隨機的測站完成。