數(shù)字精密水準(zhǔn)儀測(cè)量精度探討

摘 要：精密水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)高精度水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)起著關(guān)鍵性作用，其精度高低直接制約著水準(zhǔn)網(wǎng)的精度高低，為了提高精密水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)質(zhì)量，探討數(shù)字水準(zhǔn)儀觀測(cè)精度，本文在河南理工大學(xué)內(nèi)設(shè)計(jì)了一個(gè)閉合水準(zhǔn)路線，并進(jìn)行實(shí)地精密水準(zhǔn)測(cè)量，通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)平差計(jì)算，分析其精度，探討了萊卡DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀的觀測(cè)精度水平。

關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)測(cè)量 觀測(cè)精度 平差計(jì)算 數(shù)字水準(zhǔn)儀

中圖分類號(hào)：P242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（a）-0070-01

隨著電子科技技術(shù)快速發(fā)展，水準(zhǔn)測(cè)量儀器得到了快速的發(fā)展，水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)也得到了長足發(fā)展，在精密工業(yè)、建筑建設(shè)、變形監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)測(cè)量儀器已經(jīng)不能滿足客戶需求，逐步被數(shù)字化、自動(dòng)化程度更高的數(shù)字水準(zhǔn)儀所取代。為此，本文以河南理工大學(xué)校園內(nèi)蓮花湖周圍春秋大道、文華路、越崎路、文博路組成的閉合水準(zhǔn)路線為基礎(chǔ)，探討了Leica DNA03數(shù)字精密水準(zhǔn)儀觀測(cè)精度。

1 數(shù)字精密水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)

數(shù)字水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)標(biāo)尺采用條形碼分劃，代替人們眼睛讀數(shù)的是光電二極管陣列。在水準(zhǔn)測(cè)量中，儀器完成照準(zhǔn)調(diào)焦之后，條形碼的象通過一個(gè)分光器，將光線分為兩束，一束轉(zhuǎn)射到傳感器光電二極管陣列上，供電子讀數(shù)；另一束轉(zhuǎn)射到觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡的分劃板上，供目視觀測(cè)。目前標(biāo)尺條碼信號(hào)的分析和處理采用相關(guān)法，將儲(chǔ)存在儀器內(nèi)的基準(zhǔn)碼與傳感器陣列的圖象信號(hào)進(jìn)行比較，儀器和標(biāo)尺之間的高差即是標(biāo)尺條形碼象的位移量和因儀器、標(biāo)尺間距離而產(chǎn)生的條形碼象的大小的二維相關(guān)函數(shù)。二維相關(guān)是在標(biāo)尺條形碼影像上先確定一個(gè)待定點(diǎn)，以此待定點(diǎn)為中心選取m×n個(gè)像素的灰度陣列作為目標(biāo)區(qū)，為了在儲(chǔ)存在儀器內(nèi)的基準(zhǔn)碼影像中搜索同名影像，必須估計(jì)出該同名影像可能存在的范圍，建立一個(gè)k×l個(gè)像素的灰度陣列作為搜索區(qū)，相關(guān)的過程就是依次在搜索區(qū)中取出m×n個(gè)像素灰度陣列，計(jì)算其與目標(biāo)區(qū)的相似測(cè)度ρij，將儀器的調(diào)焦透鏡位置參數(shù)作為相關(guān)搜索的初始值，當(dāng)ρ取最大時(shí)，認(rèn)為是最佳相關(guān)，該搜索窗口的條形碼影像被認(rèn)為是同名影像，這時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)就可以確定。

Leica DNA03數(shù)字精密水準(zhǔn)儀采用了典型的交叉吊帶光學(xué)機(jī)械補(bǔ)償器，融光機(jī)電技術(shù)、圖象處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，以條碼間隔影像信息與參考信號(hào)進(jìn)行數(shù)字圖像處理的原理，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、信息處理和獲取自動(dòng)記錄觀測(cè)值，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量作業(yè)自動(dòng)化。

2 數(shù)字精密水準(zhǔn)儀的精度評(píng)定

2.1 水準(zhǔn)線路布設(shè)

本實(shí)驗(yàn)用Leica DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀實(shí)施水準(zhǔn)測(cè)量，以河南理工大學(xué)蓮花湖周圍春秋大道、文華路、越崎路、文博路組成的閉合路線作為水準(zhǔn)路線，從文博路大道上控制點(diǎn)K01開始，經(jīng)控制點(diǎn)K02—k10，最后與K01構(gòu)成一個(gè)“方形”閉合水準(zhǔn)路線。

2.2 觀測(cè)結(jié)果平差計(jì)算

采用變換儀器高法實(shí)施水準(zhǔn)觀測(cè)，為減少誤差，實(shí)驗(yàn)中前后視均進(jìn)行兩次讀數(shù)，即前（后）視讀數(shù)后記錄，間隔1～2 s再次讀數(shù)，取二者平均值作為前（后）視讀數(shù)，變換儀器高再以此方法讀數(shù)并記錄。設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)K01到水準(zhǔn)點(diǎn)K02的兩次高差h1a、h1b，二者取平均值，得水準(zhǔn)點(diǎn)K01到水準(zhǔn)點(diǎn)K02的觀測(cè)高差h1，以此類推得高差h2、h3、h4、h5、h6、h7、h8、h9、h10。

3 結(jié)語

（1）Leica數(shù)字水準(zhǔn)儀具有自動(dòng)化程度高、讀數(shù)穩(wěn)定、離散小的特點(diǎn)。因而在中、短距離水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，能夠高效率實(shí)施測(cè)量作業(yè)，且觀測(cè)數(shù)據(jù)更加可靠。

（2）由實(shí)驗(yàn)知，該儀器觀測(cè)精度較高，能夠滿足大部分精密工程水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)要求。

（3）觀測(cè)過程中由于風(fēng)力使水準(zhǔn)尺產(chǎn)生擺動(dòng)，影響了觀測(cè)精度，在理想觀測(cè)條件下，或許能獲得更高的數(shù)據(jù)質(zhì)量。因此，選擇最佳的觀測(cè)時(shí)間觀測(cè)至關(guān)重要。

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