DiNi12电子数字水准仪测量系统及其应用

1、第 1 页 共 4 页条码尺望远镜分光镜分划板目镜传感器a/dcpupc 存储卡液晶显示器dini12 电子数字水准仪测量系统及其应用一、前言随着微电子技术和传感器工艺的发展，几十年来，人们梦寐以求的水准测量自动化终于成为现实。从1990 年第一台电子水准仪在瑞士莱卡公司诞生开始，经过10 年的迅速发展，德国蔡司公司又研制出第三代电子数字水准仪，其主要产品dini12 数字电子水准仪，目前已被江苏省水利系统推荐为工程观测电子水准作业首选设备。为适应现代化水利工程观测的要求，本文将对该仪器的自动测量系统及其操作应用进行介绍。二、 dini12 数字电子水准仪简介1、主要特点dini12与其它精密

2、数字电子水准仪一样，采用了吊带式补偿方式，其视距的读取以及储存、处理、采集均实现了自动化，它之所以被推荐为电子水准作业首选设备，不仅是因为它操作更加快捷、方便、直观，成果精度更加精确可靠，（其中误差达0.3mm/km ，这是目前大部分电子水准测量仪器中绝无仅有的），更重要的是它采用了目前最先进的几何位置法量算系统，还有8 种可选的测量模式和自动平差功能，使数据格式完全符合国家测量规范要求（这是一些数字电子水准仪目前无法比拟的），此外灵活的dos操作系统不但能方便与计算机接轨，便于升级为中文桌面，而且更适应现代化水利工程观测发展之要求。 2 、工作原理 dini12装有一组ccd图象传感器，即光

3、敏二极管矩阵电路和智能化微处理（cpu ），它们结合方便、灵活的 dos 操作系统，配以条码铟钢尺与条码识别系统，实施全自动测量。其结构如下：工作原理如下：仪器照准并启动测量按键后，条码尺上的刻度分划图象，经过日光的反射，在望远镜中成像，并通过分光器分成两束光，一束转射到观测镜上供人眼监视，另一束转射到光敏二极管阵列上（ccd上），转射到ccd的视频信号被光敏二极管所感应，随后转化成电信号，经整形后进入模数转换系统（a/d），从而输出数字信号送入微处理器处理（并由其操第 2 页 共 4 页作软件计算），处理后的电数字信号一路存入pc卡，一路输出到面板的液晶显示器，从而完成整个测量过程。3、几何

4、位置法量算原理dini12 采用几何位势法测量与计算。它利用中丝上、下两边各15cm的间距计算视距和视线高（这是大多数电子水准仪目前无法做到的），如图 1。图中 gi为某测量间距的下边界,gi+1为上边界，它们在ccd 上的成像为bi及 bi+1。它们到光轴（中丝）的距离分别用bi及 bi+1表示。由于ccd 上的象素的宽度是已知的，这两距离在 ccd 上所占象素的个数可以由ccd 输出的信号得之，故可以算出bi和 bi+1，也就是说 bi和 bi+1是计算视线高的已知数。它们在光轴之上为负，在光轴之下为正。如果在标尺上看则相反。设 g 为测量间距长（2 厘米），用第i 个测量间距来测量时，物

5、象比a，也就是在此是测量间距与该间距在ccd 上成象之比，它们由图1 中的相似三角形求得：ai=g / (bi+1bi) . （1）于是视线高度为：hi=g(gi+1/2)-a(bi+1+bi)/2 .（2）gi是第 i 测量间距从标尺底部数起的序号，可由所属码词判读出来，（2）式右边部分的几何意义已标注在图1 中，即：g(gi+1/2)是标尺上第i 个测量间距的中点到标尺底面的距离。a（ bi+1+bi）/2 是标尺第i 个测量间距的中点到仪器光轴（电视准轴）的距离。根据以上的符号规则，bi+1是正量、 bi是负量。图1 中 bi+1绝对值小于bi绝对值，因此公式（ 2）中两项相加取负。为了

6、提高测量精度，dini12 取 n 个测量间距平均来计算，也就是取标尺中丝上下各15 厘米的范围， 15 个测量间距取平均计算。于是物象比为：a=g n /(b n-b 0) . （3）g(gi+1 2)标尺g0标尺底面图1a(bi+1+bi)/2中点间距gigigi+1gnccd 行阵光轴（中丝）bnbi+1bib0物镜 bibi+1第 3 页 共 4 页式中 b n和 b0分必为 ccd 上 30cm 测量截距上下边界到光轴的距离。视线高的计算公式为： . . （4）由（ 3）式算出物像比之后，由（4）式可以计算视线高，同样（3）式也可以用来计算视距，计算原理与用视距丝进行视距测量一样。所

7、不同的是，此固定基线是在标尺上，而传统视距测量的基线是分划板上的上下视距丝的间距，在此不再敖述。上述视线高和视距的计算均由微处理器和相应软件完成，从此可以实现自动测量。三、基本操作(一)目录与文件的建立：1、 目录的建立：打开电源后，按edit 键和 prj 键，选择菜单2（new project）和create directory输入目录名称。2、 文件的建立按 edit 键和 prj 键，选择菜单2（new project）和 input projectname菜单，输入文件名（二）参数设置1、基本参数设置：激活主菜单menu ， 选择参数设置4 （set rec. param ） 后再选

8、择1 （recording of data ）对各类参数进行设置或修改a)本次测量设置按 line软键，选择线路水准测量再选择测量方式（共三种，如果是新的一次测量应按 newline 、完成上次未结束测量按continue line 、使用已完成的测回按cont line ），输入线号、选择测量模式（有8 种供选择，一、二等选择abffb，三等可选择bffb 模式，四等可选bbff 模式）再输入引据水准点高程和有关引据点信息后开始观测。一、二等水准测量数据文件格式如下: for m5|adr 205|kd1 4zn 09:57:463bm2 |rb 1.47191 m |hd 49.182 m

9、 | | for m5|adr 206|kd1 5zn 09:58:453bm2 |rf 1.47580 m |hd 49.125 m | | for m5|adr 207|kd1 5zn 09:58:563bm2 |rf 1.47572 m |hd 49.111 m | | for m5|adr 208|kd1 4zn 09:59:203bm2 |rb 1.47193 m |hd 49.200 m | | for m5|adr 209|kd1 5 bm 09:59:20 bm2 | | |z 17.16954 m | ）（）（iinibbagignh1121211第 4 页 共 4 页for

10、 m5|adr 210|kd1 5zn 10:01:453bm2 |rf 1.48027 m |hd 49.214 m | | for m5|adr 211|kd1 6zn 10:02:523bm2 |rb 1.48880 m |hd 49.139 m | | for m5|adr 212|kd1 6zn 10:03:033bm2 |rb 1.48861 m |hd 49.181 m | | for m5|adr 213|kd1 5zn 10:03:263bm2 |rf 1.48015 m |hd 49.212 m | | for m5|adr 214|kd1 6 bm 10:03:26 bm

11、2 | | |z 17.17682 m | （三）成果平差每一测回结束后，如闭合差符合精度要求（闭合差在1mm 以内可不平差），应对成果进行平差处理。平差过程如下：首先按menu键，选择6（line adjustment ）后按点号、点代码、线编号、地址等任一方式选择需平差的测回。四、实际应用2000 年是江苏省水利系统工程观测工作的大年，跨世纪的江苏省三河闸管理处工程观测项目多， 任务重， 此外洪泽湖大堤的渗漏水应急处理工程在实施过程中也有大量的观测任务（此工程从中央到地方都十分重视），我处成功采用dini12 电子水准仪对江苏省三河闸、洪泽湖大堤、江苏省二河闸等一批水利工程的工作基点、垂直位移、地形进行了测量，总测站达 2000 站。 所有测次一次性合格，大部份测回闭合差在1mm 以内， 全部达到国家测量规范和江苏省水闸、抽水站观测工作细则的要求，成果精度可靠、规范、清洁美观，在2000 年江苏省水利工程资料观测汇编中受到好评。经过我们对用精密光学水准仪与dini12电子水准仪测量对比分析可知：采用精密光学水准仪测量,三河闸工程外业需5 天,内业需6天,误差 2.8mm;洪泽湖大堤工程外业需5 天,内业需 6 天 ,误差