电子水准仪的测量原理和应用领域介绍

　　随着电子水准仪器的普及，使用者往往因为不了解其基本工作原理、性能，在工作过程中操作错误，保护不当。大大降低了电子水准仪器的真正工作效率。为了避免不必要的错误，本文对电子水准仪器的基本工作原理和日常操作过程中出现的问题进行细致论述，并结合具体工程项目行具体分析。

　　所有对高程进行测量的方法中，几何水准测量法是最精密的测量方法，所以一直沿用至今。精密水准测量方面，六十年代初由德国大地测量学者创造的机车化水准测量法，七、八十年代前西德研制出机车化水准测量方法和测量系统，该测量系统由平仪 Telamat 与主动水准标尺构成，2002年5月徕卡公司又向中国市场投放新型数字水准仪 DNA03。该仪器符合中国国家水准测量规范，功能齐全。

　　电子水准仪器的概述

　　电子水准仪又叫数字水准仪，由基座、水准器、单远镜及数据处理系统组成，电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器（CCD）。并采用条纹编码标尺和图像的处理电子系统而构成的光机电一体化的高科技产品。

　　数字水准仪俗称电子水准仪，它汇集了融光机电技术、图象处理技术、计算机技术，该仪器能够自动采集数据和信息处理，实现了自动化水准测量。其特点：

　　①读数客观。不存在误读、误记问题。

　　②精度高。实际观测过程中，采用大量条码分划图像经处理削弱了标尺分划误差的影响。

　　③速度快。由于省去了报数、听记、现场计算等工序，与传统仪器相比缩短了测量时间。

　　④效率高，只需照准、调焦和按键就可以自动观测，减轻了劳动强度。

　　电子水准仪测量原理

　　与电子水准仪配套使用的水准尺为条形编码尺，通常由玻璃纤维或铟钢制成。在电子水准仪中装置有行阵传感器，它可识别水准标尺上的条形编码。电子水准仪摄入条形编码后，经处理器转变为相应的数字，在通过信号转换和数据化，在显示屏上直接显示中丝读数和视距。

　　此仪器利用近代电子工程学原理由传感器识别条形码水准尺上的条形码分画，经信息转换处理获得观测值，并以数字形式显示在显示窗口上或存储在处理器内。仪器的结构如图所示，仪器带自动安平补偿器，补偿范围为±12‘。与仪器配套的水准尺为条纹编码尺——玻璃纤维塑料或钢尺。水准标尺为双面分画三段折接式，每段长度为1.35m，标尺总长为4.05m，其分画形式为条纹码和厘米分画。条纹码分画供电子水准仪观测时电子扫描用，标尺另一面的厘米分画可供光学水准仪观测时使用。

　

　　观测时，经自动调焦和自动整平后，水准尺条纹码分画影像映射到分光镜上，并将它分为两部分，一部分是可见光，通过十字丝和目镜，供照准用；另一部分是红外光射向探测器，并将望远镜接收到的光图像信息转换成电影像信号，并传输给信息处理器，与机内原有的关于水准尺的条纹码本源信息进行相关处理，于是就得出水准尺上水平视线处的读数。

　　使用电子水准仪测量既方便又准确，实现了水准测量自动化。近几年来徕卡公司又推出了更精密的数字水准仪NA3000，其观测精度更高。下图是NA2002、NA3003的测量原理示意图。

　

　　电子水准仪器的误差源

　　光学和机械部件 数字水准仪是光学和电子部件相结合的产物，而光学、机械部件引起的误差，又会因其与电子部件结合而表现出新的特征。

　　自动补偿装置 数字水准仪自动补偿器误差包括：补偿器安平误差、剩余补偿误差、迟滞影响和恒磁场中的状态（地磁影响）等。

　　电子设备 数字水准仪是根据探测器（CCD）获取的条码影像进行光电转换进行读取测量的，特性决定了其在光线强弱变化、条码标尺表面光照不均匀、观测瞬间强光闪烁，外界气流抖动等情况下，可能会降低标尺成像的对比度而引起误差。

　　外界条件改变 数字水准仪与条码标尺组成的测量系统是处在时刻变化的外界条件下进行工作的，外界条件的变化将引起仪器各部件产生误差。这种影响常常表现为各部件且其组合的综合影响。

　　3 电子水准仪器在 “2011 年青浦区二 、三等精密水准复测”项目中的应用为了进一步提高水准网精度，高效、可靠地提供测绘保障，并为研究上海地区地壳运动的变化提供高程依据，根据上海基础测绘高程控制网 5 年更新周期要求，决定在2010 年开展全面水准点普查、水准网优化、勘测选埋点的基础上对全市一、二、三等水准网进行复测。表 1、表 2 为青浦区水准网复测的统计数据。