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数字水准仪在高程控制测量中的应用
解答时间：2011/7/5 浏览次数：1310 专家：701

最佳答案

     众所周知，水准测量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。传统的水准仪是以人工读取、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：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。本文将以徕卡数字水准仪DNA03为例来概述数字水准仪的工作原理、特点、应用等。
 
 
测量原理
数字水准仪的基本原理与传统光学仪器有相同之处,但在获取数据及处理上的工作原理上与传统光学仪器就有明显不同。通常而言,数字水准仪配有相应的编码标尺，标尺的条纹码作为参照信号存在仪器内部。测量时，线译码器捕获仪器视场内的标尺影象作为测量信号，然后与仪器的参考信号进行比较，就获得视线高度和水平距离。
仪器性能及技术参数
2.1 DNA03数字水准仪主要特点
（1）大显示屏，汉化菜单，字符键盘，可水平微动，使用组合电池。
（2）带有磁阻尼补偿器，机载程序，数据存贮到内存，数据备份到PCMCIA卡。
（3）可使用标尺进行简便测量和读取距离。
（4）可进行线路水准测量和面水准测量。
（5）可测量和放样碎部点高程、高差和距离
（6）可进行测角误差和自动地球曲率改正。
（7）用计算机进行在线操作。
2.2 DNA03数字水准仪主要技术参数
（1）在高程测量中，每公里往返测量标准偏差（ISO17123-2）：
电子测量 ：铟瓦标尺 0.3mm、标准标尺1.0mm
光学测量 ：2.0mm
（2）在距离测量中，标准偏差 5mm/10m
电子测距范围：
标尺长度3m                     1.8m-110m
推荐的3m铟瓦标尺               1.8m-60m
标尺长度=2.7m                    1.8m-100m
标尺长度=1.82m/2m                1.8m-60m
短标尺距离（光学观测）             0.6m
（3）水准仪灵敏度
圆水准器                        8ˊ/2mm
        补偿器
用电子跟踪的磁阻尼摆补偿器      ±10ˊ
居中精度标准偏差                 0.3″
  （4）液晶屏幕显示，可显示 8行， 每行24个字符，144×64象素。
  （5）主机内存可记录约6000个测量成果，或大约1650测站的观测成果。
数字水淮仪在高程控制测量中应用
数字水准仪的高程测量工作方式也与于常规水准仪的工作方式相似，但在各个操作便捷程度、测量质量控制能力和整体工作效率上都有相当大的提升。下面以“南汇东滩促淤圈围工程”中的应用为例,进一步介绍这型号数字水准仪的工作性能。
3.1 实测情况简介
   此次实测目的是在一条长约2km大堤的距离范围内布设两个高程控制点，按《水运工程测量规范》JTJ 203-2001要求的三等水准要求，采用单点闭合水准路线方式施测。仪器使用DNA03数字水准仪，3名作业人员，天气晴朗，温度34Cº。
3.2 作业前准备
3.2.1 DNA03数字水准仪校检
一般在野外工作之前，首先要检校视线的i角误差，其次是检校仪器的圆水准器和标尺水准器。对于i角误差检校则可采用这套数字水准仪提供两种检校方法，“A×B×”法和“A××B”法（A和B是标尺位置，×是仪器位置）。根据需要选择检测方法，每种方法均可按照仪器设定好的操作步骤来做，操作完毕仪器将计算出i角值，存贮到系统信息的i角改正一项中，这样仪器将对每个标尺读数中自动进行i角改正。至于视线误差i角计算公式如下，供参考：
i = arctg[(A1-B1+B2-A2)/(d1-d2+d3-d4)]…………………………….（1）
式中：A1、B1、B2、A2—为标尺高度；
d1、d2、d3、d4 —为 相对于标尺高度的距离。
   这次实测采用第二种方法检测，结果i角误差有5.5″，将其存贮起来以备后用。
至于水准气泡的校正采用的方式和传统常规方式相同，这里不在重复述说。
3.2.2 作业参数设置
   这里的参数设置是针对于这次实际应用的，也就是布设高程控制点的应用，但可作为其他的使用方式的参考。
   首先，要进入快速设置中，打开Earthcurv（地球曲率改正）这一功能，这样实测的时候就不用担心曲率改正问题了，因为它的改正是自动的，但在观测距离小于1.8m的情况下，DNA03不能用电子测量方法的，那只有人工根据仪器安置考虑地球曲率改正了。地球曲率改正的公式为：
E = X2 / (2R)……………………………………………………………（2）
式中：X = 测量的距离
R = 6378000m（地球半径）
   另外要根据需要设定好Decimal（小数位）和测量模式。测量模式有单次（Single）测量、取平均值（Mean）、取中间值（Middle）和平均值S（Mean S）这四个选项。前三项比较容易接受，但第四项就要说明一下了。该项就是从少的观测次数起，仪器自动检测观测数据平均值的标准偏差是否满足设定的标准偏差。若平均值的标准偏差小于或等于标准偏差限差，则测量结束。否则，测量继续到设定的多测量次数。同时，通过删除粗差，检查标准偏差是否合限。也就相当于每得一个观测结果就检测一次，保证测量数据的质量。
其次，开始测量程序中的参数设置。这次实测是布设高程控制点，所以要选择线路测量程序。该程序包括设置作业、设置线路和设置限差三个过程。设置作业，这一项就如同记事本，记录任务名、操作者等信息；在设置线路这项目中，参数设置是十分重要了。先要明确线路的名称，对于同一个作业不得有相同的名称；再规定观测方法，以三等水准测量为例则要选择“BFFB” 即后前前后双观测法；然后告诉仪器观测起始点号和起始点高程；后确定哪个是前标尺、哪个是后标尺。
这些做法似乎比常规光学仪器要烦琐一些,但却是十分重要的，因为各项规定是保证数据可靠性的前提,使观测质量更高，数据更可靠，DNA03数字水准仪还设置了可以检查限差功能，只要测量成果超过限差，就显示一条信息，而且允许立即重新测量。为此，就这个参数的设置功能简单说明如下：
DistBal：  “距离差”=后视距离和前视距离的差值，即累积视距差。
MaxDist：   长允许距离即对于一站。
StafLow：   低视线高度。
B-B/F-F：   同一标尺两次读数的大差值。
根据《水运工程测量规范》JTJ 203-2001对三等水准测量的要求各项分别设为：
DistBal：    6m
MaxDist：   75m
StafLow：   0.3m
B-B/F-F：   2mm
    当主要外业观测需要的主要参数已设置结束后，接着进行内业资料输出的参数设置。DNA03数字水准仪的数据以GSI-格式经由接口输出，可选GSI-8和GSI-16即可按8位字符输出格式（83..00+12345678）或16位字符输出格式（*83..1234567890123456）。仪器和计算机间通过RS232接口来通讯，所以需要设置波特率、数据位、奇偶校验和Stopbits。
例如，徕卡标准设置：19200，8，无，CR/LF，1。
3.3 外业实测
进入测区现场，须按照设定好的方法观测，数字水准仪会检测每次测量操作过程和结果，如有方法不一，超限等的问题，它会告知是否要重测的。为了一次性完成这次布控，每次观测还是按仪器的提示操作的，要重测就重测。到闭合线路观测结束将数据备份到中，结束外业观测。
3.4 内业处理
   用计算机直接读取PCMCIA卡的数据，其格式如表1：
表1        数据格式表                             
410001+?......2
 
 
 
 
 
110002+0000DH-0
83...6+00056018
 
 
 
 
110003+0000DH-0
32...6+00598591
331.06+00014302
 
 
 
110004+00000002
32...6+00619175
332.06+00012624
 
 
 
110005+00000002
32...6+00619164
336.06+00012625
 
 
 
110006+0000DH-0
32...6+00598681
335.06+00014301
 
 
 
110007+00000002
571.06+00000002
572.06+00000002
573..6-00020534
574..6+01217805
83..06+00057694
观测次数累加
视距读数
中丝读数
平均视距差
前后尺平均视距和
高程
   可以明显看出这些数据规律,但采用手工计算相当不方便，所以就依靠徕卡公司为这套设备编写的专用结算程序。在运算后可得出以下两组计算成果表。
表2        计算成果表        
点号
高程(m)
中误差(m)
固定
DH0
5.6018
 
Y
1
5.77334
0.00039
N
2
5.77201
0.00039
N
3
5.74087
0.00039
N
4
5.69629
0.00039
N
5
5.71481
0.00038
N
                  表3             计算成果表          
序号
点串
闭合差(m)
限差(m)
长度(km)
1
DH0-1-DH0( 1- 2)
 
 
 
 
0
0.00338
0.1
2
1-2-1( 3- 4)
 
 
 
 
 
0.0001
0.00559
0.2
从表2可以看出水准路线上的每个测点的高程和性质，再加上表3线路分析结果，点和线作业成果就都有了。由于数据较多,所以只摘取了部分数据来说明数据的内容。
这次终各控制点高程测量成果统计见表4
表4        各控制点高程测量成果统计表                                                                                                     
点号
距离（m）
高差（m）
高差改正数（m）
改正后高差（m）
高程（m）
 
DH-0
955.6
0.0985
0.0010
0.0995
5.6018
DH
5.7013
130.8
-0.0501
0.0001
-0.0500
DHBM
5.6513
1085.9
-0.0507
0.0012
-0.0495
DH-0
5.6018
2172.3
-0.0023
0.0023
0.0
∑
 
ƒh=∑h=-2.3mm      ƒh容=±12√R ≈±17.7mm
   看到这样的结果说明这次高程控制测量成果符合规范要求，数据准确，精度可靠。
结束语
通过以上的介绍相信大家对数字水准仪有个大致的了解，特别是在线路测量方面，关键的是看到了仪器在外业观测时，如何控制测量质量的。所以它的应用能大大提高外业工作效率和内业工作自动化程度,并能满足工程要求。当然数字水准仪不仅仅只有这项功能，如它的面水准测量、高程高差放样等功能对工程测量也是很重要的，所以对数字水准仪的功能还有待予进一步开发应用，充分利用已有的设备，让测量工作做到投入少，收益多。

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DNA03高精度数字水准仪  
订货号：MM-06942-00
品牌：徕卡
产地：德国
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上架时间：2011/7/8
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产品描述：

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