数字水准仪使用方法.ppt

数字水准仪概述及使用2008年4月Date1第一节数字水准仪的发展简史高程测量中的几何水准测量方法是最古老、耗费最大、但又是最精密的测量方法,因而一直延用至今。目前,还没有其他方法可以完全取代几何水准测量。为实现水准仪读数的数字化,近30年人们进行了大量的实验研究……。Date2第一节数字水准仪的发展简史数字水准仪是20世纪90年代发展起来的现代测绘仪器,它集光机电、计算机和图像处理等高新技术为一体,是现代科技最新发展的结晶,代表了测绘仪器的发展方向之一。要描述一个目标点的空间位置,必须给出该点三维坐标(x,y,z),其中(x,y)坐标可由方位角及距离给出;z坐标可由三角高程测量、几何水准测量、GPS高程测量和流体静力水准测量等方法进行确定。其中,几何水准测量精度最高,已经广泛地应用于生产实践中。Date320世纪40年代,电磁波测距技术迅猛发展,距离测量完成了从钢尺量距等人工测量手段到自动化电子测距的转变。20世纪60年代出现的电子测角技术,使角度测量完成了从光学仪器到电子仪器的转变。在距离和角度测量中,待测量和测量仪器在空间上可以认为是一体的,测量仪器的读出值就是待测量,其自动化过程就是实现读数自动化。然而到20世纪80年代末,精密水准测量还在使用传统的光学仪器。这是由于水准仪和水准标尺不仅在空间上是分离的,而且两者的距离可以从1米多变化到100米,水准仪的读出值并非待测量,因此在技术上引起了实现数字化读数的困难。Date4为实现水准仪读数的数字化,人们进行了各种尝试。最早进行数字水准仪测量原理研究的是Zetsche教授,1966年他在其博士论文中提出了一种数字水准仪的方案:第一步将按一定规律编码的水准尺的标尺图像依一定比例缩小并刻划在水准仪的分划板上;第二步将水准尺的成像与分划板上的图像进行比较从而获得水准仪视准轴的读数。对于不同视距,Zetsche教授采用一种特殊物镜系统,用于补偿调焦变化引起的标尺图像大小的变化。但由于当时缺乏合适的电子器件,这种方案没有得到进一步发展。Date5前民主德国蔡司公司采用了另外一种自动化读数方式,D传感器,用于取代原光学测微器,从而实现测微器读数的自动化。在人工读出标尺的粗读数后,可以将精、粗读数一并存人仪器的存储器。但由于这种水准仪还需要输人标尺的粗读数,没有实现真正自动化读数。Date61990年3月瑞士徕卡(Leica)公司推出了世界上第一台数字水准仪NA2000,它是由Gachter,Muller等人组成的研究组研制成功的。他们在NA2000上首次采用图像处理技术来处理标尺的影像,并以行阵传感器取代测量员的肉眼进行读数。这种传感器可以识别水准标尺上的条码分划,并用相关技术处理仪器的测量信号,自动显示与记录视线高读数和视距,从而实现观测自动化,攻克了大地测量仪器中水准仪数字化读数的最后一道难关。Date7应该说,从1990年起,大地测量仪器已经完成了从精密光机仪器向光机电测一体化的高技术产品的过渡。由于数字水准仪测量速度快、读数不受人工干扰、能够大大减轻作业人员的工作强度和作业人员的数量,又具有测量精度高、可以自动测量、自动存储和处理测量数据等显著优点,因此,数字水准仪代表了水准仪的发展方向,是现代化和信息化测量最有力的助手,成为测绘仪器生产厂家竞相开发的高科技产品。Date8到1994年,德国蔡司公司、日本拓普康公司也相继研制成功了拥有自主知识产权的数字水准仪产品。1998年,日本索佳公司也开发了拥有自主知识产权的数字水准仪,这样就形成了目前测绘仪器市场上4种数字水准仪的局面。当然,由于早期人们对数字水准仪的测量原理认识不足,在第一代数字水准仪测量系统中还存在许多缺陷。Date9例如,需要借助于调焦镜位置传感器首先确定物像比,才能够确定视线高及视距;又如,有些仪器在某些视距处,视线高测量值中存在明显的周期误差。通过近20年的研究,人们对数字水准仪测量原理及各项误差的研究已经相当深入,仪器生产厂家依据这些研究结果不断改进了产品的质量,使数字水准仪的质量大大提高。数字水准仪现已发展到了第二代,其精度已经达到了一、二等水准测量的精度要求。Date10