数字水准仪及其在机场跑道板块高程测量中的应用

第１０卷第２期　２００１年６月　测绘工程　

ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ｏＦ　ＳＵＲＶＥＹＩＮＧ　ＡＮＤ　ＭＡＰＰＩＮＧ　Ｖｏｌ１０．Ｎｏ　２　

１ＵＮ，２００１　

数字水准仪及其在机场跑道板块高程测量中的应用　马俊海，冯守良，卢延军，鲍建宽，周庆礼　（黑龙江】程学院，黑龙江哈匀　滨１５０００８）　摘要：数卒水准仪具有刹量速度快、读数客观、能减轻作皿劳动强度、精度高、剥量数据便于输入计算机和客　易窭现水准剐量内外业一体化的特点，在某国际机场跑道、滑行道、联络道饭块高程剥量中进行了应用试验，鼓果　良好。　关键词：数字水准杖；饭墁高程洲量　中围分类号：Ｐ２２４．１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—７９４９（２００１）０２—００５４—０２　

Ａｐｐｆｉｃａｔｉｏｎ　０ｆ　Ｄｉｇｉｎ　Ｌｅｖｅｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ａｉｒｐｏｒｔ　Ｒｕｎｗａｙ　Ｓｌａｂ　Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　

ＭＡ　Ｊｕｎ－ｌ￣，ＦＥＮＧＳｈｏｕ—ｌｉａｎｇ，ＬＵＴｉｎｇ－ｊ￣ＢＡ０Ｊｈｍ－ｋｕａｎ，ＺＨＯＵＱｉｎｇ－ｌｉ　（Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００８，Ｃｈｍａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉ　ｔａ１　ｌｅｖｅｌ　ｉｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ｒａｐｉｄ　ｓｐｅｅｄ，ｉｍｐｅ￣ｏｎａｌ　ｒｅａｄｉｎｇ，ｌｏｗ　ｌａｂｏｕｒ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｔｏ　ｉｎｐｕｔｔｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｄａｔａ　ｉｎｔｏ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆｏｆｆｉｃｅｗｏｒｋ　ａｎｄ　ｆｉｅｌｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｉｓ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．ａｓ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｐｅ￣ｅｄ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｓｕｒ￣ｅｙｉｔａｇ　ｔｈｅ　ｒｕｎｗａｙ，ｔａｍｗａｙ　ａｎｄ　ｌｉｎｋｉｎｇ　ｓｌａｂ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｎ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ａｉ　ｐｏｒｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｄ　脚ｌｅｖｅｌ；Ｓｌａｂ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　

１　数字水准仪的基本原理　１．１数字水准仪的发展　比起电子经纬仪、全站仪来，数字水准仪的出　现和使用都要晚得多。　在１９６３年Ｆｅｎｎｅｌ厂研制　出了编码经纬仪，加上叫ｆ　年代已经出现的电磁波　测距技术，随着光电技术、计算机技术和精密机械　『内发展，到八十年代已开始普遍使用电了测角和电　子测距技术，然而到八十年代末水准测量还在使用　传统仪器。这足由于水准仪和水准标尺不仅在空间　是分离的，而且两者的距离可以从１米变化到　１００米，因此在技术卜引起数字化读数的困难　为实现水准仪读数的数字化，人们进行了近　３０年尝试，如蔡司厂的／ＬＥＮ１００２Ａ已使测微器凑　数能自动完成，但粗读数还需人工读出并按键输　入，与精读数一起存人存储器，因此还算不上真＿Ｆ　的电了水准仪，又如利用激光扫半仪和带探测的水　收稿ｌｊ期：２∞　１２－２０　作者简介：马俊海ｆ１　６－－），男　黑此江　学院高级Ｔ。程师　．　准标尺，可以使读数由标尺自动记录，由于这种试　验结果还不能达到精密几何水准测量的要求，因此　也没有解决水准测量读数自动化的难题　１９９０年威特厂首先研制出数字水准仪ＮＡ２０　【】【］。可以说，从１９９０年起，大地测量仪器已经完成　ｒ从精密光机仪器向光机电测一体化的高技术产　品的过渡，攻克了大地测量仪器中水准仪数字化读　数的这一最后难关。　到１９９４年蔡司厂研制出了电子水准仪Ｄｉ一　１０／２Ｏ，同年拓普康公司也研制出了电子水准仪　ＤＬ１０１／１０２。这意昧着电子水准仪也将普及，并开　始了激烈的市场竞争。同时也说明，目前还是几何　水准测　的精度高，没有其它方法可以取代。ＧＰＳ　技术只能确定大地高，大地高换算成工程上感兴趣　的正常高，还需要知道高程异常，确定高程异常还　少不了精密水准测量。这也是各厂家努力开发电子　水准仪的原凼之一　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期　马傻海等：数字水准仪及其在机场跑道板块高程测量中的应用　１　２数字水准仪的基本原理　２．２跑道板块高程测量的组织实施　数字水准仪又称电子水准仪，它是在自动安甲　水准仪的基础Ｊ　发展起来的。它采用条码标尺，各　ｆ一家标　编码的条码　案不相同．　能互换使用。　目前照准标尺和调焦仍需目视进行。人工完成照准　和调焦后，标尺条码一方面被成象在望远镜分划板　供目视观测，另·方面通过望远镜的分光镜，标　尺条码又被成像在光电传感器（又称探测器）上，即　线阵ＣＣＤ器件上，供电了读数。因此，若使用传统　水准标尺，电子水准仪义可以象普通自动安平水准　仪一样使用。不过这时的测量精度低于电了测龟精　度　特别足精密电了水准仪．由于没有光学测微器．　当成普通自动安平水准仪使，｝｛时，其精度更低　当前电子水准仪采用了原理上相差较大的三　种自动电子读数方法：　１）枷关法（徕　ＮＡ３００２／３００３）　２）几何法（蔡司ＤｉＮｉｌ０／２０）　３）相位法（拓普康ＤＬ１０１Ｃ／１０２Ｃ）　电子水准仪的三种测嚣原理各有奥妙，三类仪　器梆经受了各种检验和实际测量的考验，能胜任普　通水准测吊作业。　１　３电子水准仪的特点　电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，在龌　远镜光路中增加了分光镜和探测器（ＣＣＤ），并采　用条码标尺和图像处理电子系统而构成的光机电　测一体化的高科技产品。采爿ｊ普通标尺时，又町象　般自动安平水准仪一样使用，一般适用于中高等　级的水准测龄。　２数字水准仪在机场跑道板块高程测量中　的应用　２．１跑道板块高程测量的技术要求　菜国际机场为进行　行区应急改造工程需进　行跑、滑道板块高程测错Ｉ作。主要技术要求如下：　１）全野外数字化成　，成图比例尺为１：４００；　２）沿主跑道均匀布设８个基准点，按国家二　等水准测龋要求实测各点高程；　３）跑道、滑行道、联络道的主体部分均为４　ｍｘ　４ｍ的水泥板块，要求每４个板块施测高稃点１　个，其高程误差必须在３　ｍｍ以内，相当于ｐｑ等以　上的水准测赶精度。　此项『Ｔ：程直接关系到　行安全，责任晕大　儿　Ｉ　期要求急，Ｔ作时问短，气候条件差，均不利于Ｉ。　程的顺利进行。　１）水准仪的选用　在投有常规水准仪能满足：　程要求的情况下，　选用ＴＯＰＣＯＮ　ＤＬ１０１Ｃ、ＤＬ１０２Ｃ型数字水准仪，配　合玻璃钢条码尺。ＤＬ１０１Ｃ型数字水准仪的观测精　度为±Ｏ．４　ｒａｍ／ｋｉｎ，ＤＬ１０２Ｃ型数字水准仪的观测精　度为±１．０　ｍｍ／ｋｍ。选用ＤＬ１０１Ｃ型数字水准仪进行　二等水准测最工作。这两款数　≠水准仪是我院　１９９９年末引进的，除用于口常教学外．尚未在生产　中使用。这种仪器能否达到如此高的精度，无论是　《测量规范》还是《仪器说明书》均没有明确规定，为　此，有必要进行一次试验。　２）水准测量的实施　为便于板块高程测量的进行，在已选定的８个　基准点基础卜，再选３６个Ⅱ级导线点．构成图１的　水准网。为保证成果精度，对全网进行＿等水准测　鼍。主要技术要求如下：　（１）视线长度≤５０　ｍ；　（２）前后视距较羞≤１　ｍ，累积差≤３　ｍ；　（３）每公里全中误差≤４、／Ｌ。　

图１水准网示意图　３）水准测量精度情况　作业期间止值春季，风大，气温低。为保证班机　正常出入港，每天作业时问仪为早５点至早８点。　由于采用先进的数字水准仪，施＿ｒ组织严密，测量　程序规范，达到或超过了预期的精度要求，每公里　高程全中误差为±Ｏ．００１　ｍ，小于限差要求。　４）板块高程测黾　由于板块高程测量的误差要求小于３　ｍｌｌｌ，电　磁波测距高程测量难于达到这…要求，故板块的平　面位置采用全站仪测定，高程采用数字水准仪按侧　视水准的方法施测。实践证明，这种方法有效的保　ｈＥ　ｒ高程测量精度。　

３　结论　机场跑道板块高程测量１：程使用数字水准仪　共完成二等水准１０公里，板块高程点１５０００余个，　均达到没计要求。实践证明，数字水准仪与常规水　（下转第５８页）　

维普资讯 http://www.cqvip.com ５８．　刹绘工程　第１０卷　当转化为毕业设计的课题，供学生选择。　３）毕业设计与社会需求相结合模式。这是一　种让社会了解测绘工程专业的很好的窗Ｌ］，也可及　时ｒ解社会急需什么类型的人才，从而调整专业方　向与课程结构，显示出办学特色　为此，应抓住当前　社会．｜：一些与本专业有关的急待解决的技术问题。　采用横向协作方式转化为毕业设计课题。　为了加强毕业设计质量管理，学校应制定毕、Ｊ　Ｔ　作进程表和质量管理办法，同时实行中期检查答　辩制度，加强督促作用，使学生具有一定的紧迫感，　而且可以掌握学生前期ｌ　作，对后期工作提出要　求，增强学生的答辩能力。　２．６采用ＣＡＩ教学，弥补传统实践教学的不足　近年来，计算机辅助教学（ＣＡＩ）已在课堂教学　中得到广泛应用，井取得ｒ较好的效果。但在实践　教学应用ＣＡＩ软件开设实验课的并不多，因此，要　加大实践教学ＣＡＩ软件开发和制作的力度，切实　改善实践教学环节。制作时，要合理选择开发工具　（平台）如Ａｕｔｈｏｗａｒｅ等，对所开设的实习与实验课　如数字测图、ＧＰＳ原理及水下地形测量等，按照实　验教学大纲的要求写好ＣＡＩ软件文字和制作脚　本；制作ＣＡＩ软件要画面美观，操作简单易学，以　达到较好的实践教学效果　应用ＣＡＩ软件，可帮助　学生在实习前预习实习的全过程，加深实习知识的　理解，尤其在当前教学课时较少的情况下，町弥补　传统实践教学的不足，提高实践教学质量。　（上接第５５页）　准仪相比有以下优点：　１）读数客观不存在误读、误记问题，没有人　为读数误差。　２）精度高视线高和视距读数都是采用大最　条码分划慝ｌ像经处理后取平均得出来的，因此削弱　ｒ标尺分划误差的影响。多数仪器都有进行多次读　数取平均的功能，可以削弱外界条件影响。不熟练　的作业人员也能进行高精度测量。　３）速度快由丁省去ｒ报数、听　、现场计算　的时间以及人为ｌ【Ｉ错的重测数黾，测量时间与传统　仪器相比可以节省１／３左右。　４）效率高只需调焦和按键就可自动读数，减　轻了劳动强度。视距能自动记录、榆核、处理并能输　入电子计算机进行后处理，可寞现内外、Ｊ　一体化。　５）限篆自动检测可以预先设置限差，当仪器　读数超过限差时，仪器会自动报警，要求重测。避免　３　实践性教学改革实践中的体会　实践性教学作为我院教学工作的一个晕要组　成部分，在培养适应知识经济和面　２１世纪的测　绘人才方面有着十分重要的地位，网此，必须加大　实践性教学改革的力度，建立行之有效的实践教学　新体系。这个新体系主要包括：配合理论教学的实　验教学，相对独立的实习教学，强调综合应用的设　计教学等；建立提高实践性教学质量的技术措施，　全而开放实验室，建立实验资源共享体系；采取改　革实践教学考核方法，选好实习场地，加强课程设　计环节，采用ＣＡＩ软件教学等有效措施。这些都是　培养学牛动手能力、综合运并ｊ知识能力和创造能力　的重要环节。