數字水準儀電子i角對測量結果的影響及檢定

內蒙古自治區測繪產品質量監督檢驗站 郭艷婷

數字水準儀電子i角對測量結果的影響及檢定

內蒙古自治區測繪產品質量監督檢驗站 郭艷婷

數字水準儀是集光機電、計算機和圖像處理等高新技術為一體的高科技產品。它具有測量速度快、精度高、操作簡單、讀數直觀等特點。自20世紀90年代數字水準儀問世以來，經過近20年的發展已逐步走向成熟。它能夠自動計算高差、高程，自動記錄測量數據，使其便于輸入計算機，有利于水準測量內外業一體化的實現。

一、數字水準儀電子i角對測量結果的影響

1.數字水準儀i角的概念。由數字水準儀的結構原理可知，數字水準儀i角具有兩個含義：一個是光學系統的i角，與常規自動安平水準儀的i角一樣，它是經過物鏡光心的水平入射光線與這條水平光線經過補償器后水平視準線之間的夾角；另一個是光電系統i角（簡稱電子i角），它是經過物鏡光心水平入射光線與這條水平光線經過補償器后到CCD傳感器參考點的水平視準線之間的夾角。

2.數字水準儀i角的影響因素。主要包括以下四方面因素。

（1）溫度、濕度的影響。溫度、濕度的變化影響水準儀i角的變化。

（2）數字水準儀望遠鏡調焦系統間的摩擦會使i角發生變化。

（3）數字水準儀器經的震動或碰撞，導致水準儀補償器發生變化，進而引起i角的變化。

（4）理論與實際的差異。在實際水準測量過程中,如果采用前視、后視等距測量，理論上會消除i角偏差過大帶來的影響，但是在樓房的沉降觀測中,一般不可能實現等距觀測，使得測量結果受到一定的影響。

二、數字水準儀電子i角對測量結果的檢定

1.數字水準儀的電子i角本身就是一個修正值，是提高數字水準儀觀測精度的一個重要參數，它的檢定與校正是由內置軟件完成的。在數字水準儀電子i角檢定程序中,常見的有4種測量方法：費式（Foerstner）法、李式（Naebauer）法、庫式（Kukkamaek）法、日本（Japan）法。其中，最常用的測量法是費式法。該方法只需要重新設置一次儀器,條碼尺在整個檢定過程中保持不變，操作十分簡單。在電子i角誤差值的測定過程中，也可采用費式法。具體測試方法如圖1所示。

需要找一塊長約45 m的場地，設立A、B兩根標尺。在A、B兩根標尺的連線上設置兩個儀器站，并將45 m的距離分成三等份，每一份約15 m。依照測試程序分別從測站1、測站2對A尺、B尺進行觀測。數字水準儀的電子i角為：

式（1）中，Y1a，Y1b分別為測站1對A尺、B尺的視高度數；Y2a，Y2b分別為測站2對A尺、B尺的視高度數；D1a，D1b分別為測站1對A尺，B尺的距離；D2a，D2b分別為測站2對A尺、B尺的距離。

2.隨著數字水準儀送檢數量的增加，為了提高工作效率，筆者把檢定的順序做了一些改變。具體做法如下.

（1）在對數字水準儀的電子i角進行檢定前，先采用測定數字水準儀的測站單次高差標準差。在測站單次高差、標差的計算過程中，算出高差的平均值，可看做是兩標尺高差真值h。

（2）用費式法進行數字水準儀的電子i角誤差值的測定。在測站1測出的Y1a和Y1b，可以對電子i角誤差值作一個大概的估算，結合費式法的i角計算公式可大概估算出：

根據JJG425—2003水準儀國家計量檢定規程中的電子i角限差，可以反推算出相應的Δh限差。如表1所示。

表1 Δh限差的要求

（3）筆者在檢定一臺徠卡DNA03數字水準儀的過程中，先進行測站單次高差標準差測定，計算得到兩標尺之間的高差真值h＝0.344 29 m，在測站1時得Y1a＝1.714 42 m，Y1b＝1.371 30 m，則有

由Δh限差超限可初步判斷數字水準儀的電子i角誤差超出了15.0″。而在實際運用費式法進行電子i角誤差值的測定過程中，計算得到電子i角值為16.3″，超過了15.0″。

綜上，若想估算出Δh限差超限，應先做好數字水準儀的電子i角校正，校正完成后再進行誤差值的測定。若估算出Δh小于Δh限差要求，那么就可以直接進行數字水準儀的電子i角值的測定。對于電子i角誤差值小的數字水準儀i角的檢定，電子i角的校正步驟可以省去，從而進一步提高工作效率。