王子健，樊志強(qiáng)，徐光偉

（山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，山東 滕州 277500）

數(shù)字水準(zhǔn)儀的應(yīng)用研究

王子健，樊志強(qiáng)，徐光偉

（山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，山東 滕州 277500）

從1990年開(kāi)始，因?yàn)閿?shù)字水準(zhǔn)儀的速度快、精度高并且操作起來(lái)也很簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字水準(zhǔn)儀被廣大用戶認(rèn)可，并且漸漸的在變形監(jiān)測(cè)和工業(yè)測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用，現(xiàn)有已經(jīng)是水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的時(shí)候。處于起步階段的國(guó)產(chǎn)數(shù)字水準(zhǔn)儀經(jīng)過(guò)近 30 年人類(lèi)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(guó)將會(huì)在未來(lái)不久研制出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水準(zhǔn)儀。

數(shù)字水準(zhǔn)儀；研究；數(shù)字化

0 前言

目前，現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的非常迅速，在測(cè)量方面，采用的設(shè)備、方法以及手段都在進(jìn)步。在工程測(cè)量里，精度要求較高使用的硬件以及軟件等儀器都在不斷的出現(xiàn)，并且在各個(gè)工程測(cè)量的領(lǐng)域都被迅速的采用，所以，在測(cè)量的精度要求比較高的工程里，所使用的手段一直都在進(jìn)步。數(shù)字水準(zhǔn)儀所采用的技術(shù)已經(jīng)是比較靠前的了，它擁有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：測(cè)量精度高，測(cè)量效率高等，用不了多久，數(shù)字水準(zhǔn)儀就會(huì)將光學(xué)水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器代替掉。

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

電子水準(zhǔn)儀其實(shí)就是數(shù)字水準(zhǔn)儀，它的發(fā)展是以自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ)的，目前，各個(gè)廠家生產(chǎn)時(shí)所采用的結(jié)構(gòu)都是一樣的，它的組成包括：自動(dòng)安平補(bǔ)償裝置、電光學(xué)機(jī)器部分以及電子設(shè)備，其中的電子設(shè)備組成又包括：讀取電子元件，單片微處理機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件等，電子測(cè)量使用時(shí)使用的標(biāo)尺采用的是條形碼。因?yàn)閷?zhuān)利權(quán)這方面的問(wèn)題，所以各個(gè)公司都會(huì)標(biāo)尺的電子讀數(shù)以及編碼方式。

1.2 數(shù)字水準(zhǔn)儀的基本工作原理

目前，數(shù)字水準(zhǔn)儀選用的圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、儀器內(nèi)圖像裝置識(shí)別器和采用編碼標(biāo)尺這三種自動(dòng)電子讀數(shù)方法的基本測(cè)量原理是相似的，標(biāo)尺在表明不同地方的尺面時(shí)是通過(guò)使用不一樣寬度的條碼組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在照準(zhǔn)調(diào)焦以后，一方面，經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)系統(tǒng)、分光鏡以及調(diào)焦鏡以后，水準(zhǔn)尺上的編碼圖像在分劃板上成像，另一方面，光電的轉(zhuǎn)換是在線陣CCD上進(jìn)行的，模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以后進(jìn)行的，然后，微處理器把輸入的數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存起來(lái)，使其以一個(gè)確定的形式和內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)碼對(duì)比一下，這樣就可以知道編碼標(biāo)尺的讀數(shù)。以前，測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確度不高，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，現(xiàn)在，采用數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，不僅測(cè)量的更加精確，產(chǎn)生的誤差也很小，而且不會(huì)因?yàn)槿说囊蛩禺a(chǎn)生誤差，讀數(shù)還可以通過(guò)按鍵自己生成，并且進(jìn)行處理，使內(nèi)部和外部成為一體的，勞動(dòng)的強(qiáng)度降低了，工作效率也被提高了。

電子水準(zhǔn)儀也就是數(shù)字水準(zhǔn)儀，其根本的組成包括光學(xué)機(jī)械部分、電子設(shè)備預(yù)計(jì)自動(dòng)安平補(bǔ)償裝置。電子設(shè)備的組成有光電傳感器線陣CCD、調(diào)焦編碼器、顯示器件和單片微處理器等。它的發(fā)展是以自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ)，如果采用以前的水準(zhǔn)標(biāo)尺，數(shù)字水準(zhǔn)儀就可以作為一個(gè)簡(jiǎn)單的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量工作。不過(guò)這個(gè)時(shí)候得到的數(shù)值不夠準(zhǔn)確。在無(wú)光學(xué)測(cè)微器的時(shí)候，數(shù)字水準(zhǔn)儀要和普通的標(biāo)尺一起使用，這樣，得到的數(shù)值就會(huì)更加精確。

2 數(shù)字水準(zhǔn)儀在測(cè)量工程中的應(yīng)用

在對(duì)“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”的框架進(jìn)行確定的時(shí)候，要先考慮所要實(shí)行項(xiàng)目的總體要求，在計(jì)劃里，確定的基準(zhǔn)站水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)共有209個(gè)。對(duì)于高程聯(lián)測(cè)的基本原則必須要遵守，即：對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)站進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)時(shí)，采取那個(gè)階段的水準(zhǔn)觀測(cè)綱要要根據(jù)在幾等的水準(zhǔn)路線附近。在2010年，我們國(guó)家使用Di Ni03數(shù)字水準(zhǔn)儀和別的觀測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)14個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)站進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)， 5個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)站里在測(cè)量時(shí)得到的數(shù)值所產(chǎn)生的誤差都很小，都在限差范圍里，這個(gè)可以說(shuō)明，數(shù)字水準(zhǔn)儀在水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)時(shí)所測(cè)得的數(shù)據(jù)都是很精確的。

2.1 儀器預(yù)熱問(wèn)題

測(cè)量?jī)x器在最開(kāi)始測(cè)量時(shí)，如果沒(méi)有進(jìn)行預(yù)熱，測(cè)量的速度就會(huì)比較慢，而且讀出的數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確，所以，在儀器進(jìn)行測(cè)量前，要根據(jù)其性能特點(diǎn)以及測(cè)量區(qū)域里的環(huán)境對(duì)所需要使用的設(shè)備進(jìn)行提前預(yù)熱，在所需使用的設(shè)備的性能都已經(jīng)穩(wěn)定了，再進(jìn)行測(cè)量。

2.2 光線問(wèn)題

很多情況都會(huì)使讀數(shù)產(chǎn)生誤差，例如：光線太強(qiáng)烈、不均勻或者標(biāo)尺的部分被遮擋等，在野外的狀況下，要使標(biāo)尺完全的暴漏，不能被任何東西遮擋任何部位，并且還要使成像清晰穩(wěn)定。根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虻玫剑喝魏挝矬w遮擋標(biāo)尺，如果一起能夠讀數(shù)數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)的誤差在0.5mm左右，遮擋的部位越多，讀數(shù)的誤差就會(huì)越大；動(dòng)態(tài)物質(zhì)對(duì)標(biāo)尺的遮擋產(chǎn)生的影響比較小，所以當(dāng)測(cè)量時(shí)處在野外時(shí)，要最大限度的使標(biāo)尺不被遮擋。

3 結(jié)論

數(shù)字水準(zhǔn)儀以后肯定會(huì)不斷的發(fā)展，因?yàn)樵跍y(cè)量時(shí)，操作起來(lái)很簡(jiǎn)單，也很方便，并且還能夠防水，測(cè)量的速度也很快，測(cè)量的效率高等，在走向市場(chǎng)以來(lái)，得到了消費(fèi)者的喜愛(ài)，被迅速的應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域，比如：工業(yè)測(cè)量、變形測(cè)量以及路線水準(zhǔn)測(cè)量等。

4 總結(jié)

目前這個(gè)階段，我們國(guó)家的數(shù)字水準(zhǔn)儀發(fā)展的還不是很好，但是，現(xiàn)在的科技水平已經(jīng)越來(lái)越好了，經(jīng)濟(jì)水平也越來(lái)越高了，所以，在不久的將來(lái)，我們國(guó)家肯定也會(huì)生產(chǎn)出我們自己的數(shù)字水準(zhǔn)儀。我們會(huì)對(duì)數(shù)字水準(zhǔn)儀的更能進(jìn)行進(jìn)一步的研究，要充分的利用現(xiàn)有的設(shè)備，能夠做到小投資大收益。

［l］唐務(wù)浩，陳敬芬.大地測(cè)量?jī)x器學(xué)［S］.北京：測(cè)繪出版社，1987：62-67.

［2］李青岳，陳永奇.工程測(cè)量學(xué)［M］.測(cè)繪出版社，1995（第二版）.

［3］GB12897一91，國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，1991

［4］任道勝.數(shù)字水準(zhǔn)儀應(yīng)用于區(qū)域精密水準(zhǔn)測(cè)量的有關(guān)問(wèn)題研究［J］.地殼形變與地震，2000（02）.

［5］李樂(lè)良編譯.介紹數(shù)字水準(zhǔn)儀［J］.北京測(cè)繪，1997（01）.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.131

王子健（1989-），男，山東滕州人，主要從事測(cè)繪工程。