工程测量毕业设计555

1、2014届工程测量技术专业毕 业 设 计题目:精密水准测量的实施方案班 级 测量5093 姓 名 侯明 学 号 04502091218 指导教师 刘伟堂 2014年 3 月17 日陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）任务书班 级测量5093学生姓名侯明指导教师刘伟堂设计（论文）题目精密水准测量的实施方案主要研究内容精密水准测量的施测方法及误差的来源及影响。主要技术指标或研究目标按照在全国建立的一、二等水准网的布设原则、施测方法和精度指标。基本要求 本次观测所使用水准仪及水准标尺经仪器检定部门检定，性能稳定良好，满足一、二等水准观测要求，并出具检定合格证书（包含仪器自动补偿性能的检定结果等）

2、。作业人员在观测前，按照国家一、二等水准测量规范 （GB/T 12897-2006）中要求对相关项目进行了自验，满足作业要求。主要参考资料及文献国家一、二等水准测量规范（GB/T 12897-2006） 一期工程2013年度技术设计书（工程项目办公室编写）陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）评审表一（指导教师用）班级： 姓名： 学号：评价内容具 体 要 求分值评分调查论证能独立查阅文献和调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。10实验方案设计与实验技能能正确设计实验方案，独立进行实验工作。20分析与解决问题的能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问

3、题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。20工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。20质 量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结构严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。20创 新工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10成 绩100指导教师评语：指导教师签名：年 月 日注：各专业可根据自己的具体情况，制定出适合本专业的毕业设计（论文）的具体要求和评分标准。陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（

4、论文）评审表二（评阅人用）班级： 姓名： 学号：评价内容具体要求分值评分资料利用查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力和自己的见解。15论文质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结果严谨合理；实验正确，计算准确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。50工作量、难度工作量饱满，难度较大。25创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10成 绩100评阅人评语： 评阅人签名： 年 月 日注：各专业可根据自己的具体情况，制定出适合本专业的毕业设计（论文）的具体要求和评分标准。陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（

5、论文）答辩情况记录（答辩领导小组或答辩小组用） 班级： 姓名： 学号： 答 辩 题 目对学生回答问题的评语正确基本正确经提示回答不正确未回答答辩领导小组（或小组）评语：成绩： 答辩负责人签名： 年 月 日陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）总成绩评定表班级姓名学号 设计（论文）题目成 绩指导教师评分评阅人评分答辩评分总成绩系毕业设计（论文）领导小组审核意见： 小组组长签名：年 月 日注：毕业设计（论文）总成绩中，指导教师评分占40%，评阅人评分占20%，答辩评分占40%。摘 要高程测量是测量任务的一部分。其中，水准测量是高程测量中精度最高、用途最广、一种普遍采用的测量方法。是确定建设工程地

6、面点高程的方法之一。实施测量过程中，要求测量人员要精心操作、以水准点高程高度负责认真的态度来对待测量工作，养成良好的操作习惯。误差允许范围内的精度由于仪器和人为的影响而不容易控制，而且易出现隐蔽性错误，如果不能及早发现，基础资料是错误的，从而水准点高程不正确，直接影响路线纵断面设计和施工工作。本文为满足新技术条件下国民经济建设、国土资源管理、规划建设、灾害监测、交通及地球科学研究对三维动态大地测量基准框架的需求，建立与国家空间数据基准框架相一致的国家大地测量基础三维坐标框架，为国家经济建设尤其是重大工程建设提供高精度的控制成果，国家测绘部门适时提出了国家精化大地水准面建设项目。受国家测绘部门勘

7、测设计研究院委托，国家测绘局第一大地测量队承担了本项目一等水准路线的普查、GPS 点/水准共用点的连测、一等水准网观测任务。关键词：水准测量；水准仪；高程；误差目 录第一章引言11.1 论文的背景和意义11.2 论文的主要内容2第二章 精密水准测量的原理及作业方法32.1 水准测量的基本原理32.2 水准测量方法与水准路线42.3 误差来源及控制措施42.3.1视准轴不平行水准管轴52.3.2 水准尺误差及控制方法62.3.3符合水准管气泡居中误差及控制方法62.3.4调焦误差和视差的影响及控制方法62.3.5水准尺的倾斜误差及控制方法72.3.6 地球球气差和日照风力引起的误差及控制方法72

8、.3.7仪器升降和水准尺下沉的影响8第三章 电子水准仪的使用93.1 测量原理93.2 电子水准仪的特点113.2.1电子水准仪的共同特点113.2.2拓普康DL(C)系列的具体特点113.3 电子水准仪的操作123.3.1认识硬件123.3.2数字水准仪在外业测量的操作133.3.3徕卡数字水准仪GSI数据格式简介：133.3.4 PROG测量应用程序133.4数据的下载及其处理163.4.1数据的下载173.4.2数据的处理20第四章 作业依据与作业要求244.1水准连测244.2观测方法和技术指标244.3测段往返高差不符值统计254.4每千米水准测量偶然中误差254.5 水准附合路线闭

9、合差的计算254.6 野外高差与概略高程表的编算25第五章 一等水准测量的实施275.1工程概况275.2 精密水准测量作业的一般规定275.3 精密水准测量观测28第六章 成果文件的建立与技术问题的处理规定326.1成果的建立326.2观测条件说明32总结35参考文献37致 谢附 录III第一章 引言1.1 论文的背景和意义为了统一全国的高程系统、满足各种比例尺测图、各项工程建设以及科学研究的需要，在全国各点埋设了许多固定的高程标志，称为水准点，常用“BM”表示。水准点有永久性和临时性两种。测定地面点高程的测量工作，称为高程测量，根据仪器不同分为水准测量，三角高程测量，气压高程测量。水准测量

10、原理就是利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺进行读数，测定地面上两点间的高差，从而由已知点高程推求未知点的高程。水准测量设站观测经过的路线叫水准路线。在一般的工程测量中，水准路线主要有三种形式：附合水准路线，闭合水准路线，支线水准路线。附和水准路线：是水准测量从一个高级水准点开始，结束于另一高级水准点的水准路线。这种形式的水准路线，可使测量成果得到可靠的检核。 闭合水准路线：是水准测量从已知高程的水准点开始，最后又闭合到起始点上的水准路线。这种形式的水准路线也可以使测量结果得到检核。 水准支线:是由一已知高程的水准点开始，最后没有闭合到起始点，也没有结束于另一高级水准点的水准路线。这种形式

11、的水准路线由于不能对测量成果自行检核，所以必须进行往测和返测，或者用两组仪器进行并测，让测量最后闭合到起始点上。水准仪是适用于水准测量的仪器，目前中国水准仪是按仪器所能达到的每千米往返测高差中数的偶然中误差这一精度指标划分的，共分为4个等级。水准仪型号都以DS 开头，分别为“大地”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，通常书写省略字母D。其后"05”、“1”、“3”、“10”等数字表示该仪器的精度。S3级和S10级水准仪又称为普通水准仪，用于中国国家三、四等水准及普通水准测量，S05级和S1级水准仪称为精密水准仪，用于中国国家一、二等精密水准测量。水准仪是根据水准测量原理测量地面点间高差

12、的仪器,一般由望远镜、管状水准器或补偿器、竖轴、基座等组成。水准仪是在1718世纪发明了望远镜和水准器后出现的。20世纪初，在制出内调焦望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪。20世纪50年代初出现了自动安平水准仪；60年代研制出激光水准仪；90年代出现电子水准仪或数字水准仪。传统的水准仪即光学水准仪，它是以人工读取、记录测量数据，开展工作一般要求4名作业人员。而对于不同等级的水准观测，为了得到有效的测量成果，都有相关的技术要求，例如：最大视线长度、前后视距差、附合或环线闭合差、往返测互差等。如果哪一项指标超出规范的要求就必须局部或整体重测，这样势必增加了外业工作量。数字水准仪主要运用于水

13、准测量中，它是在传统水准仪的基础技术上设计而成的，它具有用户界面和数据输出模式。这种具有补偿器的自动水准仪既能够使用编码标尺进行自动测量，又能使用普通水准标尺按照光学原理测量。数据可先存储在仪器内存，在作业完成之后再备份到数据存贮卡中。1.2 论文的主要内容高程测量是测量任务中的重要一部分。其中，水准测量在工程建设应用中发挥着很重要的作用。它为施工放样、设备安装、变形监测及分析与预报领域中提供基础资料，为工程的顺利进行做铺垫。在这里，为大家简介一下精密水准测量的施测方法及误差的来源和解决方法。第二章 精密水准测量的原理及作业方法2.1 水准测量的基本原理水准测量的基本原理是根据几何关系，利用仪

14、器提供的水平视线观测立在两点间上的水准尺以测定两点间的高差。如图2-1所示，在需要测定高差的A、B两点上分别立上水准尺，在A、B两点的中点安置可获得水平视线的仪器（水准仪），水平视线在A、B两尺上的截尺数分别为a、b，设水准测量的前进方向是由A点向B点，则规定A点为后视点，其水准读数为a，称为后视读数；B点为前视点，其水准读数为b，称为前视读数。由于AB距离很短，地球曲率影响可忽略不计，则A、B两点的高差为下图1-1. 图2-1 水准测量几何原理 （2-1）于是B点的高程Hb可按下式计算： （2-2）高差hab本身可正可负，当a大于b时，hab值为正，这种情况是B点高于A点；当a小于b时，ha

15、b值为负，即B点低于A点。为了避免计算高差时发生正、负号的错误，在书写高差hab时必须注意h下标的写法。如，hab是表示由A点至B点的高差；而hab表示由B点至A点的高差，即 （2-3）从2-1中还可以看出，B点的高程也可以利用水准仪的视线高程Hi（也称为仪器高程）来计算： （2-4） （2-5）当安置一次水准仪根据一个已知高程的后视点，需要求若干个未知点的高程时，用上式计算较为方便，此法成为视线高法，它在建筑工程中经常应用。2.2 水准测量方法与水准路线当地面上两点间的距离较长或高差较大时,仅安置一次仪器不能直接测得两点间的高差,则进行连续的分段测量,将所得各段高差相加、即可求得两点间的高差

16、。如某一点的高程通过转1、转2、转3、转n等点传递到另一点,这些用来传递高程的点,称为转点。任意转点位置的变动,都会直接影响到某一点的高程,因此,转点位置应选在坚实的地面上,在其上放置尺垫并踩实。水准路线是水准测量进行的路线。根据测区的具体情况,可选用不同的水准路线,水准路线分为附合水准路线、闭合水准路线、支水准路线等三种。1）附合水准路线：当测区附近有高级水准点时,可由一高级水准点开始,沿着待测各高程的水准点1、2、作水准测量,最后附合到另一高级水准点叫附合水准路线。2）闭合水准路线：当测区附近有一高级水准点时,可从该点出发,沿着待测的水准点进行水准测量,最后仍回到起始点,形成一个闭合的路线

17、。3）支水准路线：从某一水准点出发,进行水准测量到另一个点,即不符合到另一点,也不形成闭合的水准路线。2.3 误差来源及控制措施2.3.1 视准轴不平行水准管轴仪器虽在测量前经过校正，仍会存在残余误差。一方面是制造误差，即仪器在制造过程中就存在制造缺陷误差，这项误差是无法消除的；另一方面是检验和校正后的残余误差。在这些误差中，影响最大、表现突出的就是照准轴和水准管轴不平行的误差，即i角误差。设A、B分别为同一测站的后视点和前视点，SA、SB分别为后视和前视的距离，XA、XB为由于视准轴与水准管轴不平行而引起的读数误差。如果不考虑地球曲率和大气折光的影响，B点对A点的高差为： （2-6） 因 （

18、2-7）故 （2-8）对于一测段有 （2-9）通过分析，i角误差的影响与仪器至前后视标尺的视距差及视距积累有关。因此造成水准管气泡居中，水准管轴居于水平位置而望远镜视准轴却发生倾斜，致使读数误差。要消除i角误差的影响，在实际作业中只要做到前后视距相等即可，这种误差与视距长度成正比。观测时可通过中间法（前后视距相等）和距离补偿法（前视距离和等于后视距离总和）消除。针对中间法在实际过程中的控制，立尺人是关键，通过应用普通皮尺测距离，之后立尺，简单易行。而距离补偿法不仅繁琐，并且不容易掌握。残余i 角也不是固定不变的，即使在同一测站上，后视和前视的i 角往往由于太阳光照射的不同而不一样。为了避免这种

19、误差的产生，在阳光下进行观测必须用测伞遮住仪器。在照准同一测站的前、后视尺时，尽量避免调焦。2.3.2 水准尺误差及控制方法主要包含尺长误差（尺子长度不准确）、刻划误差（尺上的分划不均匀）和零点差（尺的零刻划位置不准确），对于较精密的水准测量，一般应选用尺长误差和刻划误差小的标尺。对于尺长误差较大水准尺，使用时应在最后的高差加上水准尺每1m的尺长改正。水准尺的底面与标尺第一个分格的起始线（黑面为零、红面为4687或4787）应当是一致的。但由于使用磨损等原因，有时不能完全一致，这个差数 是标尺的零点差（包括黑红面零点差及一对标尺零点差）。标尺零点差的影响对于测站数为偶数的水准路线是可以自行抵消

20、的。当测站数为奇数时，高差中含有这种误差的影响。所以，在水准测量中，每测段的测站数应取偶数为好，这样就消除标尺的零点差对高程的影响；或者标尺的零误差的影响，控制方法可以通过在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用（在本测站用作后视尺，下测站则用为前视尺），并把测段站数目布设成偶数，即在高差中相互抵消。同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。 2.3.3 符合水准管气泡居中误差及控制方法水准测量的主要条件是视线必须水平。假设当水准仪不存在i角误差的情况下，我们用微倾螺旋使管水准气泡居中，此时一般认为管水准轴就水平了因而望远镜照准轴水平了。其实不然，在观察到气泡居中的一瞬间，还不能认为水准轴是水平的

21、。由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，主要是水准管分划值的大小。此外，读数误差与视线长度成正比。水准管居中误差一般认为是0.1·，根据公式m居=0.1··S/2，DS3级水准仪水准管的分划值一般为20，视线长度S为75m，=206265，那么，m居=0.4mm。由此看来，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，与中间法一致，此误差可以消除。2.3.4 调焦误差和视差的影响及控制方法在观测时，若在照准后、前尺时均调焦，必然使在前、后尺读数时i角高度不一致，从而引起读数误

22、差。前后视距相等时可避免在一站中重复调焦。当存在视差时，尺像不与十字丝平面重合，观测时眼睛所在的位置不同，读出的数也不同，因此，产生读数误差。所以在每次读数前，控制方法就是要仔细进行物镜对光，消除视差。普通水准测量中水准尺以厘米刻划，考虑仪器的基本性能，影响估读精度的因素主要与十字丝的粗细、望远镜放大倍率及视线长度等因素有关。其中视线长度影响较大，有关规范对不同等级水准测量时的视线均作了规定，作业时应认真执行。 2.3.5 水准尺的倾斜误差及控制方法水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正。但是，如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不易察觉。尺子倾斜总是使尺上读数

23、增大。它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小（即视线距地面的高度）有关。尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。如2-2所示。当水准尺的倾斜角为时，其尺上读数为a1，则由2-2可知 （2-10） （2-11）图2-2 水准尺倾斜对读数影响即a得大小取决于水准尺倾斜角和标尺上读数a1的大小。所产生的读数误差为a =a（1-cos）。当=3o，a=1.5m时，a = 2mm，由此可以看出，此项影响是不可忽视的，通常我们立镜高度是1.7m, 则a = 2.33mm，。因此，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。尺上有圆水准的应使气

24、泡居中。必要时可用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部在视线方向前后慢慢摇动，读取最小的读数。当地面坡度较大时，尤其应注意将尺子扶直，并应限制尺的最大读数。最重要的是在转点位置。 2.3.6 地球球气差和日照风力引起的误差及控制方法大地水准面BAbababaHAHB图2-3 地球曲率及大气折光的影响如上图2-3所示，A、B为地面上两点，大地水准面是一个曲面，如果水准仪的视线ab平行于大地水准面，则A、B两点的正确高差为： （2-12）但是，水平视线在水准尺上的读数分别为a、b。a、a之差与b、b之差，就是地球曲率对读数的影响，用c表示。即： （2-13）式中 D水准仪到水准尺的距离（km）；

25、 R地球的平均半径，R=6 371km。由于大气折光的影响，视线是一条曲线，在水准尺上的读数分别为a、b；a、a之差与b、b之差，就是大气折光对读数的影响，用r表示。在稳定的气象条件下，r约为c的1/7，即 （2-14）地球曲率和大气折光的共同影响为： （2-15）由于地球曲率的缘故，在同一水准面上的两个点其高差并不为零。由此产生用水平面代替水准面对高程的影响，可以用公式C =D2/（2R）表示，地球半径R =6 371Km，当D =1Km时，C =8cm；显然，以水平面代替水准面时高程所产生的误差要远大于测量高程的误差。所以，对于高程而言，即使距离很短，也不能将水准面当作水平面，一定要考虑地

26、球曲率对高程的影响。实测中采用中间法可自动消除曲率对前后视读数的影响。大气折光使视线成为一条曲率约为地球半径7倍的曲线，使读数减小，可以用公式h =D2/（2x7R）表示，视线离地面越近，折射越大，因此，视线距离地面的高度不应小于0.3m，并且其影响也可用中间法消除或减弱。此外，应选择有利的时间，一日之中，上午10时至下午4时这段时间大气比较稳定，便于消除大气折光的影响，但在中午前后观测时，尺像会有跳动，影响读数，应避开这段时间，阴天、有微风的天气可全天观测。日照及风力引起的误差影响是综合的，比较复杂。如果光照会造成仪器各部分受热不均使轴线关系发生改变、风大时会使仪器抖动、不易精平等会引起误差

27、。处选择好的天气测量外，给仪器打伞遮光等都是消除和减弱其影响的好办法。2.3.7 仪器升降和水准尺下沉的影响在观测中，由于仪器的自重、测站上土质松软等原因，使仪器随时间逐渐下沉；或由于土壤的弹性会使仪器上升，它将使尺上读数减小或增大。为减小下沉的影响，仪器应安置在土质坚实的地方，脚架要踏实。在测站采用往返观测法，提高观测速度，可消除其影响。水准尺下沉的误差是指仪器在搬迁过程中，转点发生下沉，使迁站后的后视读数增大，算得的高差也增大。如果采取往返测，往测高差增大，返测高差减小，所以取往返高差的平均值，可以减弱水准尺下沉的影响。最有效的方法是应用尺垫，在转点的地方必须放置尺垫，并将其踩实，以防止水

28、准尺在观测过程中下沉。第三章 电子水准仪的使用电子水准仪又称数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。它采用条码标尺，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准标尺和调焦仍需目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码一方面被成像在望远镜分化板上，供目视观测，另一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，供电子读数。因此，如果使用传统水准标尺，电子水准仪又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子测量的精度。特别是精密电子水准仪，由于没有光学测微器，当成普通自动安平水准仪使用时，其精度更低。当前电子水准仪采用

29、了原理上相差较大的三种自动电子读数方法：1）相关法（徕卡NA3002/3003）2) 几何法（蔡司DiNi10/20）3) 相位法（拓普康DL101C/102C）3.1 测量原理拓普康电子水准仪DL101C/102C采用相位法。标尺的条码象经望远镜、调焦镜、补偿器的光学零件和分光镜后，分成两路，一路成像在CCD线阵上，用于进行光电转换，另一路成像在分划板上，供目视观测。DL101标尺上部份条码的图案，其中有三种不同的码条。R表示参考码，其中有三条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10m

30、m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。读者不难发现，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暗强度按正弦规律周期变化的亮度波。条码的下面画出了波形。纵坐标表示黑条码的宽度，横坐标市标尺的长度。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，

31、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。这种相位差就好像传统水准标尺上的分划，它可由标出标尺的长度。只要3能测出标尺底部某处的相位差，也就可由知道该处到标尺底部的高度，因为相位差可以作到和标尺长度一一对应，即具有单值性。这就是适当选则两亮度波的波长，在DL101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码的相位在此错过了/2。DL102C的标尺与DL101C的略有区别，DL102C的标尺为白底黑条码，A码的波长为330mm，最小公倍数为3

32、300mm。A和B码在波长底部错开的相位差为。DL101C的标尺与DL102C的标尺可由互换使用。当望远镜照准标尺后，标尺上某一段的条码就成像在线阵CCD上，黄条码使CCD产生光电流，随条码宽窄的改变，光电流强度也变化。将它进行模数转换(A/D)后，得到不同的灰度值。视距在0.6m时标尺上某小段成像到CCDA上经A/D转换后，得到的不同灰度值(纵坐标)，横坐标是CCD上象素的序号，当灰度值逐一输出时，横轴就代表时间了。横坐标标记的数字判断，仪器采用了512个象素的线阵CCD。视距和视线高的信息的测量信号。如何从上述测量信号中求出A和B两亮度波的相位差呢？下文用测量人员容易理解的方式来说明。设想

33、纵坐标的灰度值就是表示亮度大小的十进位数字，而且横坐标尺寸已放大到和标尺尺寸一致。我们用一波长为600mm的正弦曲线中的离散灰度值曲线拟合，就可由得到A波的最大振幅和初相位。再用波长为570mm的正弦曲线，就可由得到B波的最大振幅和初相位。我们对最大振幅不太感兴趣，因为随着标尺上的照度不同，最大振幅在不同次数的测量中也不同，对我们求视线高无关紧要。我们求出的A和B两亮度波的初相位之差就是高度数据。不过这是与CCD上第一个象素对应的位置到标尺底端面的高度。我们不难把它换算成CCD中点象素上的相位差，这就好像是中丝读数。象上述那样人工处理测量信号是很麻烦的，而且很费时间。在DL系列中则采用快速傅里

34、叶变换(FFT)计算方法将测量信号在信号分析器中分解成三个频率分量。由A和B两信号的相位求相位差，即得到视线高读数。这只是初读数。因为视距不同时，标尺上的波长与测量信号波长的比例不同。虽然在同一视距上A和B的波长相同，可由求出相位差，或说视线高，但是可以想象其精度并不高。R码是为了提高读数精度和求视距二安排的。设两组R码的间距为P(=30mm)，它在CCD行阵上成像所占的象素个数为Z,象素宽为D(=25m)，则P在CCD行阵上的成像长度为：L=Z*b (15)，Z可由一信号分析中得出，b是CCD光敏窗口的宽度，因此l和P都为已知数据。根据几何光学成像原理，可以象传统仪器用视距丝测量距离的视距测

35、量原理一样求出视距：D=P/l*f (16)，式中f是望远镜物镜的焦距。同时还可以求出物象比A=P/l (17)，于是将测量信号放大到与标尺上的一样时，再进行相位测量，就可以精确得出相位差，即视线高。电子水准仪的三种测量原理各有奥妙，三类仪器都经受了各种检验和实际测量的考验，能胜任精密水准测量作业。拓普康公司在原理上能独树一帜，说明该公司具有雄厚的技术实力，市的值得信赖的公司。3.2 电子水准仪的特点3.2.1 电子水准仪的共同特点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),并采用条码标尺和图象处理电子系统二构成的光机电测一体化的高科技产品。采用普通标尺时

36、，又可象一般自动安平水准仪一样使用。 它与传统仪器相比有以下共同特点：1)读数客观。不存在误差、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量条码分划图象经处理后取平均得出来的，因此削弱了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。不熟练的作业人员业也能进行高精度测量。3)速度快。由于省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量，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以自动读数，减轻了劳动强度。视距还能自动记录，检核，处理并能输入电子计算机进行后处理，可实线内外业一体化。 3.2.2拓普康D

37、L(C)系列的具体特点拓普康DL系列作为电子水准仪家族中的一员。以高性能、低价格深受广大用户的欢迎。DL系列造型美观、内置功能强、菜单功能丰富、操作界面友好，有各种信息提示，大大方便了实际操作。主要特点为：1）在字母状态下，可输入数字、大小写字母及常用标点符号如(！"§()*_+<>等)。2）即可以进行自动测量(用条码标尺，目前可使用三种标尺：铝合金标尺SA5M、玻璃纤维尺SG3M和铟钢尺SI3/T或SI3)，又可以进行人工读数(普通标尺)。3）有多次测量、自动求平均值，统计测量误差功能。4）有三种线路水准测量模式：后前前后、后后前前、后前。给定测量限差值，仪器

38、可自动判断测量现差，超限时提示重测，能自动计算线路闭合差等。5）DL系列有三种记录模式：即RAM方式，直接存在仪器内部RAM中(128K)，可存大约2400组数据：RS232C方式，可通过电缆将测量数据存到外接计算机或用户开发的电子手簿，进行联机实时测量：OFF方式，测量结果只显示在仪器屏幕上，不进行存储。DL系列主机内存可存储约1100个点的数据，并在前一型号DL系列基础上增加了PCMCIA卡存储功能。目前，PCMCIA卡的容量主要有256K、512K、1M。6）虽然仪器的显示屏较小，但保存在仪器内部的测量结果可在仪器上用SRCH键进行查阅。7）具有高程放样和测量水准支点的功能。8）当测量键

39、不起作用时(如光线太暗、遮挡太多时)，可输入人工测量的高程和平距读数，以使线路水准测量程序能继续进行。9）有倒置标尺功能，适合于天花板、地下水准测量。10）DL(C)系列具有独立的测距功能可方便地用于前、后视距离测量，精度为1Cm至5Cm11）可用来概略测定水平角，精度到1度或1gon。12）标尺为等间距分划，可以象检验普通水准标尺一样，检验它的分划误差。13）仪器有i角检验程序，在野外可方便地进行i角检验。3.3 电子水准仪的操作图3-1 Leica Dna 03 数字水准仪3.3.1 认识硬件固定键INT 切换到逐点测量 MODE 设置测量模式键USER 根据FNC 菜单定义的任意功能键P

40、ROG 测量程序，主菜单键 DATA 数据管理器键ESC 一步步退出测量程序、功能或编辑模式，恢复原参数，取消/停止测量键SHIFT 开关第二功能键（SET OUT，INV，FNC，MENU，LIGHTING，PgUp，PgDn，<<Back，INS）和转换输入数字或字母。CE 删除字符或信息，取消或停止测量· 确认键，继续下一栏。SET OUT 启动放样。INV 测量翻转标尺（标尺0 刻度在上），只要反转功能被激活，仪器就显示“T”符号，再按INV 键恢复测量正常标尺状态。反转标尺测量值为负。FNC 完成测量的一些功能。MENU 仪器设置，系统信息视线倾斜检查（只适应于

41、DNA03）。 显示照明或圆水准器照明。 若显示内容含有多页，“Page Up”= 翻到前一页。 若显示内容含有多页，“Page Down”= 翻到下一页。 返回到上一次视线，例如，回到后视，再按一次又回来。 导航键有多种功能，执行何种功能，取决于使用导航键的。 3.3.2 数字水准仪在外业测量的操作1）轻轻按压开机键，仪器即整合成那个开机。2）轻轻按压程序键，进入应用程序菜单。3）出现如下图所示中，选择进入第“2水准测量”。开机进入“水准测量”界面，该功能是用于一般的水准测量和配合“碎部点测量”和“放样”。如图3-2：在输入后视点号PtID和该点的高程H0后，对该后视点进行测量，得出后视读数

42、Back，视距Dist、视线高程Hcol，这时后视点测量完毕，光标进入按回车键，即进入前视点测量，如图3-3：此时显示后视点名PtBS，输入前视点名后，即可对前视点进行测量，Fore为前视读数，前视视距Dist，后视点A1到前视点A2的高差为dH，前视点的高程为H。图3-2输入图 图3-3输出图光标进入按回车键，即进入图一界面，此时以A2为后视，按上述步骤进行所有的水准测量。3.3.3 徕卡数字水准仪GSI数据格式简介：徕卡GSI数据记录格式是徕卡仪器的专用记录格式，它是由字索引+测量数据构成一个测量数据块，一行记录由一个或多个数据块组成。例子：（线路水准测量数据）410003+?.2 110

43、004+00999906 83.16+00000000 110005+00999906 32.00+00012610 331128+00124086 52.08+0002+002 110006+00000001 32.00+00012620 332128+00126510 52.08+0002+000 110007+00000001 32.00+00012620 336128+00126508 52.08+0002+000 110008+00999906 32.00+00012600 335128+00124084 52.08+0002+001 110009+00000001 571.8-00

44、000001 572.8-00000001 573.0-00000020 574.0+00025230 83.06-00000242 110010+00000001 32.00+00009880 331128+00129195 52.08+0002+002 110011+00999952 32.00+00009930 332128+00136182 52.08+0002+003 110012+00999952 32.00+00009930 336128+00136177 52.08+0002+006 110013+00000001 32.00+00009880 335128+00129196

45、52.08+0002+003 110014+00999952 571.8-00000007 572.8-00000008 573.0-00000070 574.0+00045040 83.06-00000941 以上数据中，410003+？.2表示一个测段开始，其中41是字索引，用于标识该数据块，如果是410013+!.332，则表示重测332（前视读数）。110004+00999906中的前两位11代表点号的字索引，00999906为点号，83.16+00000000中的83是该点的高程的字索引，其高程为00000000，其它的内容类推。32是视距的字索引，331为后视1的字索引， 332前

46、视1的字索引，335前视2的字索引，336后视2的字索引，571为测站标准差、572为累计测站差、573距离差、574线路总长。FNC功能键按SHIFT+USER即进入FNC功能，它提供一些快速调用的功能，当仪器处于其它功能状态下，在不退出该功能，可以随时调用FNC功能，使得功能调用相当灵活。图3-4全站仪界面图测试：用于测试标尺读数和视距，以便检查视线高和视距长度是否超限。查看：用于查看测量信息。编码：用于对测量数据进行编码。点号：用于输入前视点点号。输入：用于手工输入测量值（标尺读数、视距）主菜单MENU主菜单中包含仪器的所有设置和定义。按SHIFT+PROG进入图3-5全站仪界面图地球曲

47、率改正在进行水准测量时是否要进行地球曲率改正。操作： MENUà1 快速设置àEarthcurv ：yes 功能键自定义自定义USER键的功能，用此快速进入FNC中的某一功能，TestMeas（测试）、ViewMeas(显示测量值)、code(编码)、PtID&Inc(点号)、ManInput（手工输入）。操作： MENUà1 快速设置àUSER-key ：TestMeas精度设置水准测量显示与记录的精度设置。操作： MENUà1 快速设置àDecimals ：0.00001m面板加热在寒冷的环境下工作，液晶显示屏需要加热才能

48、看得见显示内容。操作： MENUà1 完全设置à1 系统àDSP-Heater：on (在第2页上)单位设置操作： MENUà1 完全设置à4 单位（Distance:距离；Temp:温度）数据输出方式操作： MENUà1 完全设置à1 系统àData output：Intmem内存/RS232串口交叉误差操作： MENUà1 完全设置à1 系统àColl.Err. ：1.2 (在第2页上)数据记录格式操作： MENUà1 完全设置à2 测量àGSI-Fo

49、rmat: GSI8/GSI16通讯设置操作： MENUà1 完全设置à3 通讯数据管理DATA设置作业操作： DATAà1 编辑数据à1 作业à可增加或删除作业PC卡管理操作： DATAàPC卡à格式化PC卡或删除PC卡上的文件初始化内存操作： DATAà2 初始内存（删除作业中的数据或内存中的所有数据）Job ：MEAS&REC测量与记录或其它文件名Data ：Measurements/Fixpoints/Fixpts&meas删除测量值或已知点或已知点和测量点数据下载操作： DATAà

50、;4 数据输出Target：Card/RS232输出到PC卡或RS232Job ：MEAS&REC测量与记录或其它文件名Data ：Measurements/Fixpoints输出测量值或已知点Format：GSI-8/GSI-168位或16位格式File：-.GSI要输出的文件名Dir：GSI文件路径在PC卡的GSI目录下编码操作： DATAà1 编辑数据à4 编码à可增加或删除作业3.3.4 PROG测量应用程序（1）简便测量操作： PROGà1 简便测量如下图所示：简便测量有两种方式，一种（1/2页）是不记录，直接开始测量，另一种（2/2页

51、）是有记录的测量，需要设置作业和线路。简便测量只是测量标尺读数和视距，它不分前后视，测量结果也不进行计算，没有高程或高差结果。图3-6测量界面图（2）线路水准操作： PROGà2 线路测量如下图所示：依步骤进行。图3-7步骤图a. 设置作业中：可以选择已有的作业，也可以增加新作业；b. 设置线路：输入线路名Nameà测量方法Methà后视点点号PtIDà后视点高程H0à标尺1(Stf1) 标尺2(Stf2)。其中测量方法有：BF（后前）、BFFB（后前前后）、aBF（后前、前后）、aBFFB（后前前后、前后后前）。c. 设置限差：限差有两页定义，首先将各限差开关打开（on），然后将光标放在“值”上，设置限差的值。DistBal(视距累计差)、Maxdist (最大视距)、StafLow