数字水准仪读数原理

拓普康\天宝数字水准仪观测手簿的自动化生成探讨

摘要:本文主要是对拓普康、天宝数字水准仪记录数据的后期处理,应用自己研发的软件,对观测数据进行自动化识别提取,生成水准《规范》中要求的观测手簿格式，达到规范观测手簿，减轻内业处理工作量,提高电子水准仪一体化、自动化程度,有效提高内业处理效率的一些探讨。

关键词：数字水准仪 观测手簿C#

0 引言

1990年威特厂首先研制出世界上第一台数字水准仪以来，由于其具有测量速度快、读数客观、能减轻作业劳动强度、精度高、测量数据便于输入计算机和容易实现水准测量内外业一体化的特点，现如今已广泛应用于高等级水准测量，变形监测等高精度测量中。虽然他们都是采用铟钢条形码标尺，然而拓普康采用的是相位法进行读数，天宝DINI采用的是几何法，其存贮记录的方式不一致，导致输出的观测记录数据格式不统一，无法形成常规样式的观测手簿，本软件正是基于统一数字水准仪观测手簿而蕴孕而生。

1 数字水准仪记录格式

1．1拓普康

利用拓普康公司的T-COM通讯软件下载拓普康数字水准仪原始数据文件格式如下：

将其格式转换为：

此格式直观易读，为后缀名DL1的文本文件格式。

1．2天宝DINI

利用天宝的通讯软件Trimble Data Transfer下载DINI RECE记录数据形式如下：

数据格式为后缀名DAT的文本文件。

2 软件设计

本程序由C#编写，通过对观测数据的文本文件进行逐行读入，判断寻找数据中的观测方法，后视点，前视点，后视距离，前视距离，中丝读数，并且实现自动识别有效行（即对数学水准仪观测数据自动记录中有重复观测、超限测站的数据行进行筛选），同时利用到Access数据库定义了两个表，其中一个定义观测手簿的表头内容，包括观测者、检查者、日期、时间、温度等；另外一个是限差参数表，包括最大视距、前后视距差、视距累计差等内容。观测手簿的最终形式以Excel电子表格表现。

DL-101C型数字水准仪工作原理介绍

自1990年第一台数字水准仪问世以来,随着科学技术的飞速发展,尤其是微电子技术工艺水平的提高,数字水准仪经不断地改进,其观测精度有了很大的提高,在实际生产过程中,数字水准仪已逐步取代了传统的光学仪器。由于数字水准仪是一种新型仪器,其工作原理和方法都与传统的光学仪器不同,因此其工作性能和检验项目与方法都需进一步的研究和探索。

电子水准仪具有测量速度快、读数客观、能减轻作业劳动强度、精度高、测量数据便于输入计算机和容易实现水准测量内外业一体化的特点,因此它投放市场后很快受到用户青睐。

国外的低精度高程测量盛行使用各种类型的激光定线仪和激光扫平仪。因此电子水准仪定位在中精度和高精度水准测量范围,分为两个精度等级,中等精度的标准差为:1.0-1.5mm/km,高精度的为:0.3-0.4mm/km。[1]

下面我来介绍“DL101C数字水准仪工作原理”总结观测经验为该仪器投入生产使用打下基础。

拓普康电子水准仪DL-101C/102C采用相位法。标尺的条码象经望远镜、物镜、调焦镜、补偿器的光学零件和分光镜后,分成两路,一种成象在CCD线阵上,用于进行光电转换,另一路成象在分划板上,供目视观测。

标尺上有三种不同的码条。R表示参考码,其中有三条形码2mm宽的黑色码条,每两条黑色码条之间是一条1mm宽的黄色码条。以中间的黑码条的中心线为准,每隔30mm就有一组R码条重复出现。在每组R码条左边10mm处有一道黑色的B码条。在每组参考码R的右边10mm处为一道黑色的A码条。每组R码条两边的A和B码条的宽窄不相同,实际上A和B码条的宽度是在0到10mm之间变化,这两种码包含了水准测量时的高度信息。仪器设计时有意安排了它们的宽度按正弦规律变化。其中A码条的周期为600mm,B码条的周期为570mm。当然,R码条组两边的黄码条宽度也是按正弦规律变化的,这样在标尺长度方向上就形成了亮间强度按正弦规律周期变化的亮度波。纵坐标表示黑条码的宽度,横坐标是标尺的长度。实线为A码的亮度波,虚线为B码的亮度波。由于A和B两条码变化的周期不同,也可以说A和B亮度波的波长不同,在标尺长度方向上的每一位置上两亮度波的相位差也不同。这种相位差就好象传统水准标尺上的分划,可由它标出标尺的长度。只要能测出标尺某处的相位差,也就知道该处到标尺底部的高度,因为相位差可以做到和标尺长度一一对应,即具有单值性,这也是适当选择两亮度波的波长的原因。在DL-101C中,A码的周期为600mm,B码的周期为570mm,它们的最小公倍数为11400mm,因此在3m长的标尺上不会有相同的相位差。为了确保标尺底端面,或说相位差分划的端点相位差具有唯一性,A和B码的相位在此错开了∏/2。

水准仪的读数方法

水准仪的读数方法主要有以下几种：

1. 直读法：将水准仪放置在要测量的位置上，通过目镜观察水平线与准线的位置关系，直接读取刻度上的数值。

2. 反向法：在要测量的起点和终点之间设置参考点，分别定位水准仪，读取两个参考点的水平线位置关系，并计算出高程差。

3. 连续观测法：在水平线上设置多个参考点，通过连续观测各个参考点的水平线位置关系，求得高程差，从而确定地面的高程。

4. 倒立法：将水准仪安装在测量点下方，利用反射原理，通过目标点上的棱镜反射的光线，观察水准线位置关系，求得高程差。

5. 导线法：在需要测量的起点和终点之间拉设导线，然后通过观察导线与水平线的位置关系，读取水准仪的仪器常数和刻度读数，计算出高程差。

通过以上读数方法，可以测量出地面的高程差，从而用于制作高程图、地形图等地理信息系统中的应用。

数字水准仪

- 1 - 数字水准仪的使用

数字水准仪测量， 仍要遵循光学水准测量的基本规则， 尤其在对水准测量的误差源的处理上。如：水准仪视轴的水平； 温度对仪器的影响;标尺的尺度; 标尺的温度影响； 标尺的垂直度； 标尺分划的亮度； 仪器的垂直运动; 标尺的垂直运动; 影像的跳动； 水准测量折光差；正高改正； 地球位势数； 水准测量潮汐改正； 水准点的位移； 地壳运动等。

拓扑康DL102数字水准仪:

数字水准仪

- 2 -

在使用拓扑康电子水准仪之前应进行一些功能设置。如数据记录方式、测量方式、观测次数等16项设置。

按[SET]键进行以下16项设置

1）捡查电压[Check Battery]

此功能用来查看电子水准仪中的电池容量，正常工作容量为7～8伏。

2）设置测量方式[Set Measure]

测量方式有以下三种形式

(1)单次测量[Single]

单次测量指的是只测一次中丝读数。进行三、四等水准测量和图根水准测量时选择此项设置。

(2) 连续水准测量 [Cont]

连续水准测量指的是连续不断地进行中丝读数。进行工程测量有时选择此项设置。

(3) N次水准测量 [N Time]

N次水准测量指的是多次进行中丝读数，然后取多次读数平均值。N的取值范围为2～9。进行一、二水准测量时选择此项设置，实测时N一般设置为2，最大设置为3。

3）设置最小读数[Set Fix]

最小读数设置有以下两种类型

(1)精确型[Precise]

此项设置表明DL-101C最小读数为0.01mm；DL-102C最小读数为0.1mm。进行国家一、二水准测量或精密水准测量时选择此项设置。

(2)标准型[Standard]

此项设置表明DL-101C最小读数为0.1 mm；DL-102C最小读数为1mm。进行三、四水准测量和图根水准时选择此项设置。

4）设置格式[Set Item]

设置格式有以下两种形式 数字水准仪