鐘元華

(朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 朔州 036002)

1 電子水準(zhǔn)儀的原理

電子水準(zhǔn)儀是在自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上，在望遠(yuǎn)鏡光路中增加了分光鏡和探測(cè)器(CCD)、并采用條碼標(biāo)尺和圖像處理電子系統(tǒng)而構(gòu)成的光機(jī)電測(cè)量一體化的高科技產(chǎn)品［1］?；竟ぷ髟硎钱?dāng)測(cè)量人員照準(zhǔn)標(biāo)尺并進(jìn)行調(diào)焦后，條碼標(biāo)尺的像經(jīng)分光鏡，一路成像在分劃板上，供目視觀測(cè)［1］;一路成像在探測(cè)器上，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字信號(hào)被送到微處理器進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，并將其與儀器內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)碼按一定方式進(jìn)行比較，即可獲得高度讀數(shù)和水平距離［2］。

2 電子水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)

1)讀數(shù)客觀。由于觀測(cè)值是自動(dòng)顯示在電子水準(zhǔn)儀的屏幕上，所以不存在觀測(cè)員的判讀錯(cuò)誤，消除了人為讀數(shù)誤差。

2)精度較高。視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖象經(jīng)處理后取平均得出來的數(shù)值，因此削弱了標(biāo)尺分劃誤差的影響［1］。電子水準(zhǔn)儀都有多次讀數(shù)取平均的功能，可以削弱外界條件的影響。對(duì)儀器操作不太熟練的測(cè)量人員也能進(jìn)行高精度測(cè)量。

3)效率高。電子水準(zhǔn)儀在使用時(shí)只需要進(jìn)行調(diào)焦和按鍵就可以自動(dòng)讀數(shù)，所以大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

4)速度快。由于電子水準(zhǔn)儀省去了人工讀數(shù)以及人為出錯(cuò)的重測(cè)數(shù)量，測(cè)量時(shí)間與傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀相比可以節(jié)省1/3左右［1］。

5)自動(dòng)存儲(chǔ)。電子水準(zhǔn)儀可以對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄、檢核、處理，并能從儀器中把數(shù)據(jù)輸入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化［1］。

3 二等閉合水準(zhǔn)路線測(cè)量實(shí)例分析

為了參加山西省2014 年第八屆職業(yè)院校測(cè)繪測(cè)量技能大賽高職組(學(xué)生組)的比賽，我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生在校園里進(jìn)行了多次二等閉合水準(zhǔn)路線測(cè)量練習(xí)。

3.1 二等水準(zhǔn)測(cè)量所用儀器和設(shè)備

根據(jù)競(jìng)賽要求，二等水準(zhǔn)測(cè)量需配備以下儀器設(shè)備:

1)南方或科力達(dá)DL2007 電子水準(zhǔn)儀:含木腳架1 副、2 m 數(shù)碼標(biāo)尺1 對(duì)、2 個(gè)撐桿及2 個(gè)尺墊(3 kg)［3］。

2)50 m 測(cè)繩(根據(jù)參賽隊(duì)的要求配發(fā))［3］。

3.2 觀測(cè)與計(jì)算要求

每一條閉合水準(zhǔn)路線由3 個(gè)待求點(diǎn)和1 個(gè)已知點(diǎn)組成［3］。設(shè)O 點(diǎn)為已知點(diǎn)，D、E、F 為待求點(diǎn)。觀測(cè)和計(jì)算時(shí)滿足以下要求:觀測(cè)使用賽會(huì)規(guī)定的儀器設(shè)備，測(cè)站視線長度、前后視距差及其累計(jì)、視線高度和數(shù)字水準(zhǔn)儀重復(fù)測(cè)量次數(shù)按表1 規(guī)定［3］。除路線轉(zhuǎn)彎處，每一測(cè)站上儀器與前后視標(biāo)尺應(yīng)盡量接近一直線上。水準(zhǔn)路線采用單程觀測(cè)，每測(cè)段測(cè)站數(shù)為偶數(shù)，每測(cè)站兩次高差，奇數(shù)站觀測(cè)水準(zhǔn)尺的順序?yàn)?后-前-前-后;偶數(shù)站觀測(cè)水準(zhǔn)尺的順序?yàn)?前-后-后-前。高程誤差配賦計(jì)算，高差取位到0.000 01 m，高程取位到0.001 m［3］。

3.3 第一測(cè)段O-D 第一個(gè)測(cè)站的操作步驟

先在第一測(cè)站兩水準(zhǔn)點(diǎn)中間安置儀器，然后旋轉(zhuǎn)三個(gè)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中進(jìn)行整平儀器。之后照準(zhǔn)后視點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺并進(jìn)行調(diào)焦。再開機(jī)，設(shè)置儀器的參數(shù)，選擇標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量模式的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，按MEAS 鍵進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)屏幕上顯示標(biāo)尺均值和視距均值時(shí)，把數(shù)據(jù)記錄到記錄表中。根據(jù)奇數(shù)站后前前后的觀測(cè)順序，依次把數(shù)據(jù)記錄到記錄表中。然后根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量原理，計(jì)算兩次高差。若其差值小于等于0.6 mm，則取其平均值作為這一測(cè)站高差;此時(shí)儀器搬站，進(jìn)行下一站測(cè)量;若其差值大于0.6 mm，則重新安置儀器測(cè)量。

3.4 第一測(cè)段O-D 觀測(cè)記錄表(表2)

表2 二等水準(zhǔn)外業(yè)觀測(cè)手簿

3.5 閉合水準(zhǔn)

路線O-D-E-F-O 高差配賦及高程計(jì)算表(表3)

表3 二等水準(zhǔn)測(cè)量路線計(jì)算表

4 誤差分析

4.1 水準(zhǔn)儀的精度對(duì)二等水準(zhǔn)測(cè)量成果的影響

目前的數(shù)字水準(zhǔn)儀性能優(yōu)良，能滿足精密水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。因此，在觀測(cè)前，需要對(duì)數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行嚴(yán)格的檢校，如儀器的補(bǔ)償性能、儀器分辨率、i 角等，使儀器達(dá)到最優(yōu)工作狀態(tài)［2］。觀測(cè)過程中操作儀器嚴(yán)格按照《規(guī)范》要求，如對(duì)視距的選擇、每一測(cè)站的后、前視距離之差和每一測(cè)段的后、前視距離之累計(jì)差規(guī)定一個(gè)限值、在照準(zhǔn)同一測(cè)站前、后視尺時(shí)盡量避免調(diào)焦、在陽光下觀測(cè)用傘遮住儀器等［1］，都可減弱或消除水準(zhǔn)儀的精度對(duì)精密水準(zhǔn)測(cè)量成果的影響。

4.2 整平儀器誤差

在整平過程中，要遵循左手拇指規(guī)則:“左手拇指旋轉(zhuǎn)腳螺旋的運(yùn)動(dòng)方向，就是氣泡移動(dòng)的方向”，不能盲目轉(zhuǎn)動(dòng)腳螺旋。還要注意儀器轉(zhuǎn)到任何方向，氣泡都要居中。這樣才能提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.3 調(diào)焦誤差

數(shù)字水準(zhǔn)儀要求十字絲影像清晰、標(biāo)尺的像準(zhǔn)確地聚集在CCD 傳感器上，才能準(zhǔn)確地反映測(cè)量值［2］，觀測(cè)時(shí)要保證每站的調(diào)焦質(zhì)量，才可獲得最佳的測(cè)量精度。

4.4 水準(zhǔn)尺傾斜誤差

在水準(zhǔn)測(cè)量讀數(shù)時(shí)，若水準(zhǔn)尺在視線方向前后傾斜，會(huì)造成水準(zhǔn)尺讀數(shù)總會(huì)偏大，所以立尺者要確保尺上的圓水準(zhǔn)氣泡居中或使用可調(diào)節(jié)升降尺撐，提高扶尺質(zhì)量，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.5 光照風(fēng)力的影響

測(cè)量過程中，光照會(huì)使儀器受熱不均使軸線關(guān)系改變，影響測(cè)量精度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使測(cè)量中斷。風(fēng)大時(shí)會(huì)使儀器抖動(dòng)、不易整平等都會(huì)引起誤差。所以要選擇好的天氣測(cè)量，還要給儀器打傘遮光。

4.6 振動(dòng)對(duì)測(cè)量成果的影響

水準(zhǔn)路線常是在交通繁忙公路上布設(shè)，受車輛通過或空氣抖動(dòng)等強(qiáng)烈振動(dòng)影響較大，數(shù)字水準(zhǔn)儀對(duì)各種震動(dòng)特別是地面震動(dòng)非常敏感，因此這些測(cè)段誤差大。在操作過程中，要選擇穩(wěn)定的地方設(shè)站和立尺，還要給出儀器、立尺穩(wěn)定時(shí)間，以減弱補(bǔ)償器振動(dòng)和空氣抖動(dòng)的影響［2］。

5 結(jié)論

電子水準(zhǔn)儀在精密水準(zhǔn)測(cè)量中的應(yīng)用，使測(cè)量過程簡捷迅速、測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，節(jié)省了人力、時(shí)間，提高了工作效率。測(cè)量成果的精度不僅取決儀器的性能，更主要的是取決于測(cè)量的方法和外界條件的影響。在操作過程中要認(rèn)真、仔細(xì)，嚴(yán)格執(zhí)行二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求和測(cè)量規(guī)范中的規(guī)定，熟悉儀器的操作方法，并盡可能減小外界條件的影響，才會(huì)使二等水準(zhǔn)測(cè)量獲得有效數(shù)據(jù)，提高測(cè)量精度。

［1］潘正風(fēng)，程效軍，成樞，等.數(shù)字測(cè)圖原理與方法［M］.第2 版.武漢:武漢大學(xué)出版社，2013.

［2］林君強(qiáng).數(shù)字水準(zhǔn)儀在二等水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)用的探討［J］.閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，12(2):116－120.

［3］山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院.2014 山西省第八屆職業(yè)院校技能大賽(高職學(xué)生組)工程測(cè)量賽項(xiàng)技術(shù)規(guī)程［OL］.http://course.baidu.com，2014－05.