許嬋 肖小平 劉源

摘要：隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)測量方法發(fā)生了巨大的改變，數(shù)字水準(zhǔn)儀已經(jīng)在測量過程中得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字水準(zhǔn)儀能夠自動(dòng)記錄觀測數(shù)據(jù)，將測量誤差降低到了極致，具有極大的便利。文章基于多年的數(shù)字水準(zhǔn)儀使用經(jīng)驗(yàn)，闡述了數(shù)字水準(zhǔn)儀的工作原理，詳細(xì)地介紹了數(shù)字水準(zhǔn)儀在測量過程中的應(yīng)用技巧和優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：幾何水準(zhǔn)測量；數(shù)字水準(zhǔn)儀；測量；補(bǔ)償誤差

中圖分類號：P224 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）31-0055-02

1 概述

電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的測量方法。同時(shí)，GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)，不僅提高了測量精度，而且為控制測量提供了極大便利。GPS測量技術(shù)和電磁波測距三角高程測量的精度可以替代等級較低的幾何水準(zhǔn)測量，但是在精度測量中，依舊采用幾何水準(zhǔn)測量。傳統(tǒng)的重力測量和水準(zhǔn)測量依舊是精確測定各點(diǎn)間正常高差的主要方法。在實(shí)際的測量過程中，如果幾何水準(zhǔn)測量使用傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)儀，不僅受到外界誤差、人工和儀器的影響，配備專業(yè)計(jì)算能力的記錄人員，而且效率低、投入多。雖然水準(zhǔn)儀的自動(dòng)化是從光學(xué)微傾發(fā)展至自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，但是依舊依靠人工讀數(shù)，還會(huì)帶來誤差。數(shù)字水準(zhǔn)儀的產(chǎn)生，不僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)記錄觀測數(shù)據(jù)，而且使內(nèi)外業(yè)一體化，減少了誤差，提高了效率，減少了投入。

2 數(shù)字水準(zhǔn)儀的工作原理

數(shù)字水準(zhǔn)儀的生產(chǎn)廠家很多，其擁有的儀器結(jié)構(gòu)和相關(guān)的條形碼編碼方式不盡相同，但是數(shù)字水準(zhǔn)儀的工作原理是統(tǒng)一的。數(shù)字水準(zhǔn)儀的工作原理是儀器內(nèi)配置圖像識別器和圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，使用編碼標(biāo)尺，標(biāo)尺可以使用具有不同寬度的條形碼及其組合標(biāo)識在尺面的不同位置上，在使用時(shí)，人工完成調(diào)焦和照準(zhǔn)之后，標(biāo)尺條碼一方面通過被成像在望遠(yuǎn)鏡的分劃板上，以便測量人員進(jìn)行目視觀測，同時(shí)，另一方面測量人員可以通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，將標(biāo)尺條碼成像在光電傳感器上，將其轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過處理整形之后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，這樣就可以輸出數(shù)字信號，將信號送入微處理器上進(jìn)行處理和儲(chǔ)存，此時(shí)可以使用處理器將其與內(nèi)存中的標(biāo)準(zhǔn)碼按照一定的方式比較分析，即可獲得編碼標(biāo)尺的讀數(shù)。

3 數(shù)字水準(zhǔn)儀在測量工作中的應(yīng)用

3.1 數(shù)字水準(zhǔn)儀在測量過程中的應(yīng)用技巧

目前，數(shù)字水準(zhǔn)儀以其精度高、操作方便和實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在測量過程中得到了大規(guī)模的使用，基于筆者多年的使用經(jīng)驗(yàn)，本文詳細(xì)地分析了其在使用過程中的相關(guān)技巧。

3.1.1 補(bǔ)償誤差。數(shù)字水準(zhǔn)儀最初的發(fā)展原理是光學(xué)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀。由于補(bǔ)償器都屬于吊帶重力補(bǔ)償器，通過溫度變化、運(yùn)輸?shù)葪l件的影響，儀器的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，補(bǔ)償性能差異大，因此要及時(shí)進(jìn)行檢測，如果超過限差要及時(shí)予以調(diào)校。同時(shí)，還需注意補(bǔ)償器的穩(wěn)定時(shí)間，置平儀器后不能馬上進(jìn)行測量，通常要有2～3秒的延遲時(shí)間。

3.1.2 視準(zhǔn)線誤差。由于水準(zhǔn)測量結(jié)果受視準(zhǔn)線誤差大小的直接影響，因此在測量過程中一定要確保前后視距離差在規(guī)定的范圍內(nèi)。通常情況下，數(shù)字水準(zhǔn)儀具有獨(dú)立的測距功能，在水準(zhǔn)尺讀數(shù)前要依據(jù)距離測量值調(diào)整水準(zhǔn)儀或者水準(zhǔn)尺

位置。

3.1.3 調(diào)焦對測量的影響。數(shù)字水準(zhǔn)儀調(diào)焦對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光學(xué)水準(zhǔn)儀，因?yàn)閿?shù)字水準(zhǔn)儀依靠的是用于測量的所有間隔碼元估算并多次測量的平均值。如果讀數(shù)時(shí)焦距沒有調(diào)整清楚，容易導(dǎo)致測量失敗。如果只是調(diào)焦波動(dòng)，不會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。

3.1.4 標(biāo)尺安置狀態(tài)對測量的影響。在數(shù)字水準(zhǔn)儀使用過程中，標(biāo)尺安置要備受關(guān)注。因?yàn)閿?shù)字水準(zhǔn)的在自動(dòng)測量的過程中對標(biāo)尺安置狀態(tài)的監(jiān)視極為緩慢，在偏離垂直狀態(tài)范圍很大的情況下，依然會(huì)測量。為了有效提高標(biāo)尺的安置速度，通常在精密因瓦條碼標(biāo)尺上安置圓水準(zhǔn)器。

3.1.5 磁致誤差。目前，數(shù)字水準(zhǔn)儀的補(bǔ)償器大多是由非磁性材料或鋁制造而成的，在均勻磁場中檢測不受影響，但是如果處于交變磁場中，就會(huì)檢測到補(bǔ)償器的偏轉(zhuǎn)量。受此影響，在通過有變電樞紐、電氣化鐵路或者大功率的發(fā)電廠時(shí)，一定要選用正確的測量儀器，檢測因磁場導(dǎo)致的誤差影響幅度。

3.1.6 儀器的晾置和預(yù)熱。由于數(shù)字水準(zhǔn)儀的參數(shù)容易受環(huán)境溫度的影響，因此在開始測量作業(yè)前一定要對儀器進(jìn)行預(yù)熱或者晾置，保證儀器和外界溫度趨于一致，防止儀器在溫度不穩(wěn)定階段實(shí)施測量而影響精度。對于晾曬時(shí)間的把握，晾置時(shí)間通常是溫差的2～3倍，即如果溫差在5℃，那么晾置時(shí)間就大約是10℃～15℃。在潮濕環(huán)境中，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備好干燥劑，把儀器存放在干燥環(huán)

境中。

3.1.7 振動(dòng)對測量的影響。數(shù)字水準(zhǔn)儀還會(huì)受到振動(dòng)影響，導(dǎo)致補(bǔ)償器的視準(zhǔn)線不穩(wěn)。在測量環(huán)境中，如果有明顯的風(fēng)力過大、機(jī)械振動(dòng)、重載車輛通過等，要暫停測量。

3.2 在測量過程中應(yīng)用數(shù)字水準(zhǔn)儀的優(yōu)勢

3.2.1 使用方便。數(shù)字水準(zhǔn)儀的重量輕、攜帶方便、操作簡單，減少了測量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2.2 速度快。數(shù)字水準(zhǔn)儀可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量讀數(shù)、檢核、記錄，無需人工觀測，其作業(yè)速度僅受跑尺人員速度和儀器裝置速度影響。

3.2.3 精度高。數(shù)字水準(zhǔn)儀對圖形影響多個(gè)分劃取平均值，避免了標(biāo)尺分劃的誤差。同時(shí)，它的圖像處理技術(shù)自動(dòng)判別讀數(shù)，有利于消除因人工讀數(shù)和夾準(zhǔn)分劃帶來的影響。另外，較快的測量速度也避免了和時(shí)間相關(guān)的外界條件的影響。

3.2.4 有利于測量內(nèi)外業(yè)一體化的實(shí)現(xiàn)。數(shù)字水準(zhǔn)儀把測量數(shù)據(jù)直接儲(chǔ)存到內(nèi)存或者卡上，依據(jù)規(guī)定格式輸出，及時(shí)檢核，形成了自動(dòng)流程，方便在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理。避免了因人工記錄和計(jì)算出現(xiàn)的差錯(cuò)，極大地提高了工作效率。

4 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多科學(xué)工作者對數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行了跟蹤研究，在未來的時(shí)間內(nèi)，其儀器結(jié)構(gòu)和測量的準(zhǔn)確度必將大幅度提高，其應(yīng)用也更加廣泛。

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作者簡介：許嬋，女，海南三亞人，湖南省計(jì)量檢測研究院工程師。

（責(zé)任編輯：周 瓊）