測繪設(shè)備數(shù)字水準儀誤差分析

1、測繪設(shè)備數(shù)字水準儀誤差分析測繪設(shè)備數(shù)字水準儀誤差分析 摘 要：闡述數(shù)字水準儀的工作原理，并對其與傳統(tǒng)水準儀進行了簡潔的對比分析；重點匯總分析了i角、磁場、標尺安置狀態(tài)以及光照對數(shù)字水準儀測量結(jié)果精確性的影響機理，為正確使用數(shù)字水準儀以及降低測量誤差提供了專業(yè)的原理性說明。 關(guān)鍵詞：數(shù)字水準儀；誤差分析；影響因素1 概述數(shù)字水準儀是一種在傳統(tǒng)水準儀結(jié)構(gòu)上，為了適應(yīng)快速進展的工程需求，同時盡可能的解放人力，而產(chǎn)生的新型水準儀。與傳統(tǒng)水準儀相比，數(shù)字水準儀的組成更為冗雜。經(jīng)過不斷的討論改良，目前市場上的數(shù)字水準儀已經(jīng)實現(xiàn)了標尺讀數(shù)、數(shù)據(jù)記錄、運算處理以及超標報警等功能的自動化，極大的提升了水準測量的

2、效率。水準測量普遍應(yīng)用于工程建設(shè)中，數(shù)字水準儀的出現(xiàn)與改良，對工程建設(shè)具有重大的現(xiàn)實意義。2 數(shù)字水準儀工作原理及影響因素為了更好的了解數(shù)字水準儀，下面就其工作原理進行簡潔介紹。數(shù)字水準儀由編碼標尺、光學(xué)望遠鏡、補償器、CCD傳感器以及微處理操縱器等系統(tǒng)組成。工作時，投射到標尺上的光線經(jīng)過折射與反射，分別投射到經(jīng)過光學(xué)望遠鏡的分劃板和線陣CCD傳感器上。兩種光線的不同角度投射，實現(xiàn)了數(shù)字水準儀的直接觀測和間接顯示。傳感器接收到光學(xué)信號后，通過光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、波形處理系統(tǒng)以及處理模塊等處理方式，最終轉(zhuǎn)化成微型處理器識別的電流信號，完成數(shù)據(jù)的讀取、現(xiàn)實和記錄，該信號通過與數(shù)字水準儀自身標定的參考信息

3、號對比后，顯示出實際的高度或距離?？傊?，數(shù)字水準儀可以說是兩用水準儀，其既包含了傳統(tǒng)水準儀的人眼觀測方式，也可以實現(xiàn)自動化測量。由于數(shù)字水準儀結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)水準儀冗雜，其測量時影響測量精確度的因素較多，下面就這些因素進行逐一分析。3 數(shù)字水準儀測量結(jié)果影響因素3.1 i角誤差影響依據(jù)圖1數(shù)字水準儀的光路結(jié)構(gòu)圖可以看出，影響到測量結(jié)果的影響因素中包含兩個不同角度的i角。工作原理介紹中，進入數(shù)字水準儀的光線被分解成兩路，分別實現(xiàn)目測和自動顯示兩個功能，對于不同的兩路光線，各存在一個i角。目測光路與數(shù)字水準儀軸心方向形成的角稱之為光學(xué)i角，電子光路與數(shù)字水準儀軸心方向形成的角稱之為數(shù)字水準儀的電子i角。

4、對于電子i角，使用者可以通過數(shù)字水準儀檢測程序?qū)ζ溥M行檢測，但無法對其進行調(diào)整。i角誤差大小對數(shù)字水準儀的測量結(jié)果具有極大的影響，而i角誤差大小會受到數(shù)字水準儀所處環(huán)境溫度的影響，在超過某一溫度后，溫度對i角誤差大小影響很大。針對不同溫度下i角誤差大小數(shù)據(jù)的收集，微型處理器會記錄儲存相關(guān)信息，并針對不同溫度下進行測量結(jié)果的運算補償，使i角誤差大小的影響降低。這種特性對于不等視距的平面水準測量是很有利的，但對于區(qū)域周密水準測量并不肯定有利。在工程實際使用中，數(shù)字水準儀在進行測量的時候，觀測者不會對每一次測量時儀器存在的視線誤差進行測量，則修正值所對應(yīng)的視準線誤差也并不是當(dāng)次測量時存在的，因此用來

5、幸免誤差的修正值可能會成為二次誤差源。因此要想精確幸免視線誤差，必需對每次測量時的視線誤差進行測量。3.2 地磁場的影響數(shù)字水準儀本質(zhì)上是一種電子周密儀器，磁場對其測量結(jié)果的影響是必定的。通過討論，與一般周密電子儀器受磁場影響不同的是，數(shù)字水準儀對磁場的反饋機理特別冗雜，很難通過特定的規(guī)律方式表達出來，磁場對其測量精度的影響也難以精確測量出來，并進行補償。為了盡可能的降低誤差，討論人員通過一些間接試驗，總結(jié)了磁場對其測量結(jié)果影響的幅度。討論證明，與數(shù)字水準儀視線平行的和垂直兩個方向上的磁場分向量對測試結(jié)果的影響較其他方向磁場影響程度要大。也就是說，在實際的工程建設(shè)應(yīng)用中，數(shù)字水準儀沿南北方向觀

6、測，數(shù)字水準儀會受到水平和垂直兩個方向的磁場影響，而沿東西方向觀測，數(shù)字水準儀只收到垂直方向磁場的影響，但并不就是說沿東西方向的測量更精確。在實際應(yīng)用時，盡量幸免其在強磁場環(huán)境下使用。3.3 標尺安置狀態(tài)的影響數(shù)字水準儀在實際工程測繪中會存在一個問題，即對標尺安置的位置狀態(tài)等信息反應(yīng)不靈敏，也就是說假如標尺由于地坪等緣由出現(xiàn)偏離垂直方向的狀況時，數(shù)字水準儀仍舊會繼續(xù)進行測量分析，結(jié)果自然就會不精確，因此標尺安置的狀態(tài)對數(shù)字水準儀的測量結(jié)果具有重大影響。標尺不處于垂直位置時，測量結(jié)果往往偏大，具體影響機理分析如下：假設(shè)標尺由于某種因素，出現(xiàn)了的傾斜角度，由圖中幾何關(guān)系可知，a=a1cos，則a=

7、a1-a=a11-cos，即讀數(shù)誤差a的大小與標尺傾斜角下轉(zhuǎn)第249頁上接第246頁度和標尺上的讀數(shù)大小有關(guān)，簡潔估算一下，假如標尺傾斜2度，a1為2m的時候，數(shù)字水準儀就會出現(xiàn)1mm左右的誤差，可見標尺的安置狀態(tài)對數(shù)字水準儀的測量結(jié)果特別重要。在外業(yè)觀測時，為保持尺的豎直，肯定要接受尺撐，幸免僅用手來扶尺的做法。3.4 光亮強度的影響數(shù)字水準儀的使用環(huán)境往往是野外空曠的地方，標尺接收到的光亮以及通過標尺發(fā)射到數(shù)字水準儀中的光量會受到測量環(huán)境的影響，例如天氣狀況等自然因素，在一個測量周期內(nèi)，影響光通量的自然因素都是處于動態(tài)改變過程中，人為操縱難度很大。數(shù)字水準儀在工作時，其內(nèi)部的CCD圖像傳感

8、器的工作條件對光照就有肯定的要求，只有在肯定的光照中，其才能將圖像轉(zhuǎn)換為用于測量的有效電信號。即信號有無或者強度受接收到的光通量確定，光通量與光照強度以準時間有關(guān)。首先是曝光時間對測量精確性的影響。采樣條碼群體中亮度不勻稱，就會使曝光時間失控，條碼曝光程度的不勻稱會直接影響測量結(jié)果，輕微的不勻稱引起局部畸變，影響測量精度，嚴峻時使儀器自動中止測量。其次是光強改變對測量的影響。由于數(shù)字水準儀的CCD圖像傳感器只有在肯定的光照中，其才能將圖像轉(zhuǎn)換為用于測量的有效電信號，對于采樣范圍內(nèi)的亮度不勻稱的條形碼群體，極易影響測量精度。因此，數(shù)字水準儀進行測量時，盡量選擇在光線和氣不逆光的狀況下使用，盡力降低由光照引起的測量誤差