DiNi12電子數(shù)字水準(zhǔn)儀測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用

1、第 1 頁(yè) 共 4 頁(yè)條碼尺望遠(yuǎn)鏡分光鏡分劃板目鏡傳感器a/dcpupc 存儲(chǔ)卡液晶顯示器dini12 電子數(shù)字水準(zhǔn)儀測(cè)量系統(tǒng)及其應(yīng)用一、前言隨著微電子技術(shù)和傳感器工藝的發(fā)展，幾十年來(lái)，人們夢(mèng)寐以求的水準(zhǔn)測(cè)量自動(dòng)化終于成為現(xiàn)實(shí)。從1990 年第一臺(tái)電子水準(zhǔn)儀在瑞士萊卡公司誕生開(kāi)始，經(jīng)過(guò)10 年的迅速發(fā)展，德國(guó)蔡司公司又研制出第三代電子數(shù)字水準(zhǔn)儀，其主要產(chǎn)品dini12 數(shù)字電子水準(zhǔn)儀，目前已被江蘇省水利系統(tǒng)推薦為工程觀測(cè)電子水準(zhǔn)作業(yè)首選設(shè)備。為適應(yīng)現(xiàn)代化水利工程觀測(cè)的要求，本文將對(duì)該儀器的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及其操作應(yīng)用進(jìn)行介紹。二、 dini12 數(shù)字電子水準(zhǔn)儀簡(jiǎn)介1、主要特點(diǎn)dini12與其它精密

2、數(shù)字電子水準(zhǔn)儀一樣，采用了吊帶式補(bǔ)償方式，其視距的讀取以及儲(chǔ)存、處理、采集均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，它之所以被推薦為電子水準(zhǔn)作業(yè)首選設(shè)備，不僅是因?yàn)樗僮鞲涌旖荨⒎奖?、直觀，成果精度更加精確可靠，（其中誤差達(dá)0.3mm/km ，這是目前大部分電子水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器中絕無(wú)僅有的），更重要的是它采用了目前最先進(jìn)的幾何位置法量算系統(tǒng)，還有8 種可選的測(cè)量模式和自動(dòng)平差功能，使數(shù)據(jù)格式完全符合國(guó)家測(cè)量規(guī)范要求（這是一些數(shù)字電子水準(zhǔn)儀目前無(wú)法比擬的），此外靈活的dos操作系統(tǒng)不但能方便與計(jì)算機(jī)接軌，便于升級(jí)為中文桌面，而且更適應(yīng)現(xiàn)代化水利工程觀測(cè)發(fā)展之要求。 2 、工作原理 dini12裝有一組ccd圖象傳感器，即光

3、敏二極管矩陣電路和智能化微處理（cpu ），它們結(jié)合方便、靈活的 dos 操作系統(tǒng)，配以條碼銦鋼尺與條碼識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)施全自動(dòng)測(cè)量。其結(jié)構(gòu)如下：工作原理如下：儀器照準(zhǔn)并啟動(dòng)測(cè)量按鍵后，條碼尺上的刻度分劃圖象，經(jīng)過(guò)日光的反射，在望遠(yuǎn)鏡中成像，并通過(guò)分光器分成兩束光，一束轉(zhuǎn)射到觀測(cè)鏡上供人眼監(jiān)視，另一束轉(zhuǎn)射到光敏二極管陣列上（ccd上），轉(zhuǎn)射到ccd的視頻信號(hào)被光敏二極管所感應(yīng)，隨后轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)整形后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（a/d），從而輸出數(shù)字信號(hào)送入微處理器處理（并由其操第 2 頁(yè) 共 4 頁(yè)作軟件計(jì)算），處理后的電數(shù)字信號(hào)一路存入pc卡，一路輸出到面板的液晶顯示器，從而完成整個(gè)測(cè)量過(guò)程。3、幾何

4、位置法量算原理dini12 采用幾何位勢(shì)法測(cè)量與計(jì)算。它利用中絲上、下兩邊各15cm的間距計(jì)算視距和視線高（這是大多數(shù)電子水準(zhǔn)儀目前無(wú)法做到的），如圖 1。圖中 gi為某測(cè)量間距的下邊界,gi+1為上邊界，它們?cè)赾cd 上的成像為bi及 bi+1。它們到光軸（中絲）的距離分別用bi及 bi+1表示。由于ccd 上的象素的寬度是已知的，這兩距離在 ccd 上所占象素的個(gè)數(shù)可以由ccd 輸出的信號(hào)得之，故可以算出bi和 bi+1，也就是說(shuō) bi和 bi+1是計(jì)算視線高的已知數(shù)。它們?cè)诠廨S之上為負(fù)，在光軸之下為正。如果在標(biāo)尺上看則相反。設(shè) g 為測(cè)量間距長(zhǎng)（2 厘米），用第i 個(gè)測(cè)量間距來(lái)測(cè)量時(shí)，物

5、象比a，也就是在此是測(cè)量間距與該間距在ccd 上成象之比，它們由圖1 中的相似三角形求得：ai=g / (bi+1bi) . （1）于是視線高度為：hi=g(gi+1/2)-a(bi+1+bi)/2 .（2）gi是第 i 測(cè)量間距從標(biāo)尺底部數(shù)起的序號(hào)，可由所屬碼詞判讀出來(lái)，（2）式右邊部分的幾何意義已標(biāo)注在圖1 中，即：g(gi+1/2)是標(biāo)尺上第i 個(gè)測(cè)量間距的中點(diǎn)到標(biāo)尺底面的距離。a（ bi+1+bi）/2 是標(biāo)尺第i 個(gè)測(cè)量間距的中點(diǎn)到儀器光軸（電視準(zhǔn)軸）的距離。根據(jù)以上的符號(hào)規(guī)則，bi+1是正量、 bi是負(fù)量。圖1 中 bi+1絕對(duì)值小于bi絕對(duì)值，因此公式（ 2）中兩項(xiàng)相加取負(fù)。為了

6、提高測(cè)量精度，dini12 取 n 個(gè)測(cè)量間距平均來(lái)計(jì)算，也就是取標(biāo)尺中絲上下各15 厘米的范圍， 15 個(gè)測(cè)量間距取平均計(jì)算。于是物象比為：a=g n /(b n-b 0) . （3）g(gi+1 2)標(biāo)尺g0標(biāo)尺底面圖1a(bi+1+bi)/2中點(diǎn)間距gigigi+1gnccd 行陣光軸（中絲）bnbi+1bib0物鏡 bibi+1第 3 頁(yè) 共 4 頁(yè)式中 b n和 b0分必為 ccd 上 30cm 測(cè)量截距上下邊界到光軸的距離。視線高的計(jì)算公式為： . . （4）由（ 3）式算出物像比之后，由（4）式可以計(jì)算視線高，同樣（3）式也可以用來(lái)計(jì)算視距，計(jì)算原理與用視距絲進(jìn)行視距測(cè)量一樣。所

7、不同的是，此固定基線是在標(biāo)尺上，而傳統(tǒng)視距測(cè)量的基線是分劃板上的上下視距絲的間距，在此不再敖述。上述視線高和視距的計(jì)算均由微處理器和相應(yīng)軟件完成，從此可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。三、基本操作(一)目錄與文件的建立：1、 目錄的建立：打開(kāi)電源后，按edit 鍵和 prj 鍵，選擇菜單2（new project）和create directory輸入目錄名稱。2、 文件的建立按 edit 鍵和 prj 鍵，選擇菜單2（new project）和 input projectname菜單，輸入文件名（二）參數(shù)設(shè)置1、基本參數(shù)設(shè)置：激活主菜單menu ， 選擇參數(shù)設(shè)置4 （set rec. param ） 后再選

8、擇1 （recording of data ）對(duì)各類參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或修改a)本次測(cè)量設(shè)置按 line軟鍵，選擇線路水準(zhǔn)測(cè)量再選擇測(cè)量方式（共三種，如果是新的一次測(cè)量應(yīng)按 newline 、完成上次未結(jié)束測(cè)量按continue line 、使用已完成的測(cè)回按cont line ），輸入線號(hào)、選擇測(cè)量模式（有8 種供選擇，一、二等選擇abffb，三等可選擇bffb 模式，四等可選bbff 模式）再輸入引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)高程和有關(guān)引據(jù)點(diǎn)信息后開(kāi)始觀測(cè)。一、二等水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)文件格式如下: for m5|adr 205|kd1 4zn 09:57:463bm2 |rb 1.47191 m |hd 49.182 m

9、 | | for m5|adr 206|kd1 5zn 09:58:453bm2 |rf 1.47580 m |hd 49.125 m | | for m5|adr 207|kd1 5zn 09:58:563bm2 |rf 1.47572 m |hd 49.111 m | | for m5|adr 208|kd1 4zn 09:59:203bm2 |rb 1.47193 m |hd 49.200 m | | for m5|adr 209|kd1 5 bm 09:59:20 bm2 | | |z 17.16954 m | ）（）（iinibbagignh1121211第 4 頁(yè) 共 4 頁(yè)for

10、 m5|adr 210|kd1 5zn 10:01:453bm2 |rf 1.48027 m |hd 49.214 m | | for m5|adr 211|kd1 6zn 10:02:523bm2 |rb 1.48880 m |hd 49.139 m | | for m5|adr 212|kd1 6zn 10:03:033bm2 |rb 1.48861 m |hd 49.181 m | | for m5|adr 213|kd1 5zn 10:03:263bm2 |rf 1.48015 m |hd 49.212 m | | for m5|adr 214|kd1 6 bm 10:03:26 bm

11、2 | | |z 17.17682 m | （三）成果平差每一測(cè)回結(jié)束后，如閉合差符合精度要求（閉合差在1mm 以內(nèi)可不平差），應(yīng)對(duì)成果進(jìn)行平差處理。平差過(guò)程如下：首先按menu鍵，選擇6（line adjustment ）后按點(diǎn)號(hào)、點(diǎn)代碼、線編號(hào)、地址等任一方式選擇需平差的測(cè)回。四、實(shí)際應(yīng)用2000 年是江蘇省水利系統(tǒng)工程觀測(cè)工作的大年，跨世紀(jì)的江蘇省三河閘管理處工程觀測(cè)項(xiàng)目多， 任務(wù)重， 此外洪澤湖大堤的滲漏水應(yīng)急處理工程在實(shí)施過(guò)程中也有大量的觀測(cè)任務(wù)（此工程從中央到地方都十分重視），我處成功采用dini12 電子水準(zhǔn)儀對(duì)江蘇省三河閘、洪澤湖大堤、江蘇省二河閘等一批水利工程的工作基點(diǎn)、垂直位移、地形進(jìn)行了測(cè)量，總測(cè)站達(dá) 2000 站。 所有測(cè)次一次性合格，大部份測(cè)回閉合差在1mm 以內(nèi)， 全部達(dá)到國(guó)家測(cè)量規(guī)范和江蘇省水閘、抽水站觀測(cè)工作細(xì)則的要求，成果精度可靠、規(guī)范、清潔美觀，在2000 年江蘇省水利工程資料觀測(cè)匯編中受到好評(píng)。經(jīng)過(guò)我們對(duì)用精密光學(xué)水準(zhǔn)儀與dini12電子水準(zhǔn)儀測(cè)量對(duì)比分析可知：采用精密光學(xué)水準(zhǔn)儀測(cè)量,三河閘工程外業(yè)需5 天,內(nèi)業(yè)需6天,誤差 2.8mm;洪澤湖大堤工程外業(yè)需5 天,內(nèi)業(yè)需 6 天 ,誤差