電子水準(zhǔn)儀教材

劉鵬毅：徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀的性能檢測遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE38PAGE37引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，大地測量觀測技術(shù)獲得了突破性的進(jìn)展，取得進(jìn)展的主要原因是光電技術(shù)的快速發(fā)展帶來的測量儀器設(shè)計(jì)制造的技術(shù)革新。這些技術(shù)進(jìn)步的顯著特點(diǎn)體現(xiàn)在觀測信息從模擬信號(hào)過渡到數(shù)字化信號(hào)，使測量結(jié)果不僅可以快速獲得，提高測量工作效率，而且，測量精度和可靠性與傳統(tǒng)方法相比都有提高。在水準(zhǔn)測量方面，出現(xiàn)了電子水準(zhǔn)儀。電子水準(zhǔn)儀是一種功能很強(qiáng)的測量儀器。操作簡單，測量速度比光學(xué)水準(zhǔn)儀提高50%到60%，易于實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。在實(shí)際測量工作中，電子水準(zhǔn)儀與光學(xué)水準(zhǔn)儀相比有很多優(yōu)點(diǎn)。比如，電子水準(zhǔn)儀視線高和視距讀數(shù)都是采用條碼分劃圖像經(jīng)處理后取平均值得出來的，削弱了標(biāo)尺分化誤差的影響。所以，研究學(xué)習(xí)新型電子水準(zhǔn)儀的性能，對(duì)于在實(shí)際工作的中有重要意義。本文以徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀的性能檢測為題目，目的是通過檢測新型電子水準(zhǔn)儀的性能，總結(jié)電子水準(zhǔn)儀的精度水平和使用穩(wěn)定性等性能。1徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀的基本組成與測量原理1.1電子水準(zhǔn)儀的組成數(shù)字水準(zhǔn)儀采用了大體一致的結(jié)構(gòu)，其基本構(gòu)造由光學(xué)機(jī)械部分、自動(dòng)安平補(bǔ)償裝置和電子設(shè)備組成，電子設(shè)備主要包括：調(diào)焦編碼器、光電傳感器、讀取電子元件、單片微處理機(jī)、CSI接口（外部電源和外部存儲(chǔ)記錄）、顯示器件、鍵盤和測量鍵以及影像、數(shù)據(jù)處理軟件等，標(biāo)尺采用條形碼供電子測量使用[1]。1.2電子水準(zhǔn)儀的測量原理采用編碼標(biāo)尺，標(biāo)尺的條碼作為參照信號(hào)存在儀器內(nèi)。儀器內(nèi)裝置圖像識(shí)別器和圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，標(biāo)尺用不同寬度的條碼組合來表征尺面的不同位置，人工完成照準(zhǔn)和調(diào)焦之后，標(biāo)尺條碼一方面被成像在望遠(yuǎn)鏡的分劃板上，供目視觀測，另一方面線譯碼器捕獲儀器視場內(nèi)的標(biāo)尺影響作為測量信號(hào)，然后與儀器的參考信號(hào)進(jìn)行比較，便可求得視線高度和水平距離。就像光學(xué)水準(zhǔn)測量一樣，測量時(shí)標(biāo)尺要直立。由于傳感器的敏感范圍從最高頻率的可見光到亞紅光的頻率，所以只要把標(biāo)尺照亮本儀器還可以在夜間進(jìn)行測量[4]。如下圖（圖1-1）：圖1-1Fig.1-12徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀的儀器特點(diǎn)2.1電子水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)[1]1）、大顯示屏，數(shù)字字符鍵盤；2）、雙向水平微動(dòng)；3）、便攜式攝像機(jī)電池；4)、磁阻尼補(bǔ)償器；5)、機(jī)載程序；6)、數(shù)據(jù)存貯到內(nèi)存；7)、將數(shù)據(jù)備份到PCMCIA卡或有適配器的CF卡。2.2主要技術(shù)數(shù)據(jù)[1]水準(zhǔn)測量精度（每公里雙次觀測標(biāo)準(zhǔn)偏差）：電子測量銦鋼條碼尺——0.3mm/km距離測量精度：標(biāo)準(zhǔn)偏差5mm/10m電子測距范圍：標(biāo)尺長度3m1.8m—110m望遠(yuǎn)鏡最短標(biāo)尺距離0.6m水準(zhǔn)儀靈敏度圓水準(zhǔn)器8′/2mm補(bǔ)償器:用電子跟蹤的磁阻尼擺補(bǔ)償器傾斜角（補(bǔ)償范圍）10″補(bǔ)償精度：0.3″測量值改正:傾斜誤差改正自動(dòng)地球曲率改正開/關(guān)；水準(zhǔn)儀檢驗(yàn)改正值記錄:內(nèi)存約6000個(gè)測量成果，或大約1650站觀測成果（BF）RS232接口根據(jù)“Measure&Record”以GSI—8/GSI—16格式輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)備份PCMCIA卡可達(dá)32MB磁場靈敏度在野外磁場強(qiáng)度為0μT～±400μT[4高斯]，范圍不變的情況下對(duì)水平視線的影響≤1″溫度范圍:存貯-40℃~+70℃操作-20℃~+50℃2.3儀器專用術(shù)語[1]S測站1標(biāo)尺1（后視標(biāo)尺）2標(biāo)尺2（前視標(biāo)尺）C標(biāo)尺C（中間點(diǎn)：測量時(shí)的碎部點(diǎn)，放樣時(shí)的放樣點(diǎn)）B后視標(biāo)尺讀數(shù)。對(duì)雙觀測法：B1，B2F前視讀數(shù)，雙觀測法：F1，F(xiàn)2int碎部視線或放樣視線的標(biāo)尺讀數(shù)DB后視距離DF前視距離Dint碎部視線的距離/放樣視線的距離HO起始點(diǎn)高程，如海拔高H前視點(diǎn)/碎部點(diǎn)高程dH后視視線與前視視線、碎部視線或放樣視線之間的高差dh兩標(biāo)尺（碎部視線/放樣視線或前視）之間依次求得的高差HCol儀器的水平線（＝視線高度）3徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀的主要功能隨著測量程序的開始，開始窗口顯示作業(yè)、線路及其測量程序相關(guān)的其他設(shè)置。如圖3-1。圖3-1Fig.3-13.1水準(zhǔn)測量功能進(jìn)入水準(zhǔn)測量界面（如圖3-2），首先輸入所需要的全部參數(shù)，然后用測量鍵觸發(fā)測量。圖3-2Fig.3-2水準(zhǔn)測量時(shí)，箭頭↑提示測量的方向，“B”代表后視，“F”代表前視。在使用水準(zhǔn)測量功能時(shí)，還可以切換到碎部點(diǎn)測量或放樣測量。碎部點(diǎn)測量操作步驟：1.設(shè)置作業(yè)在開始程序中，選擇線路測量，在線路測量程序中，新建作業(yè)、新建線路、設(shè)置限差。1).新建作業(yè)：在線路測量程序中，選擇作業(yè),按確認(rèn)鍵進(jìn)入，選擇增加，開始新建作業(yè)。輸入：Job(作業(yè))：輸入作業(yè)名。2).新建線路：在線路測量程序中，選擇線路，按確認(rèn)鍵進(jìn)入，選擇增加，開始新建線路。輸入：Name(名稱)：命名線路名；Meth(方法)：選擇觀測方法：BF/aBF/BFFB/aBFFB/單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)；PtID：自動(dòng)點(diǎn)號(hào)的起始點(diǎn)號(hào)。在做碎步點(diǎn)測量時(shí)，我們不考慮限差，故不設(shè)置限差。2.測量的實(shí)施以上的設(shè)置都結(jié)束后，就可以開始進(jìn)行測量。先進(jìn)行已知點(diǎn)的觀測及接后視點(diǎn)。后視點(diǎn)觀測結(jié)束后，就可以按INT鍵進(jìn)行碎步點(diǎn)測量。啟動(dòng)碎步點(diǎn)的起始界面的注釋：Next：輸入下次要測量的點(diǎn)號(hào)。測完以后：Pt2：當(dāng)前測量的點(diǎn)號(hào)。Staff：當(dāng)前測量點(diǎn)的標(biāo)尺讀數(shù)。dH：點(diǎn)相對(duì)于后視點(diǎn)的高差。圖3-3Fig.3-3“至最后”：切換到相對(duì)于上一個(gè)碎步點(diǎn)的測量。（點(diǎn)擊以后則界面會(huì)出現(xiàn)“至后視”，此時(shí)測量所得的是相對(duì)于上一個(gè)碎步點(diǎn)的高差。如圖3-3，激活界面上的“至后視”，重新進(jìn)行測量。碎步點(diǎn)測量過程中，要切記要在“碎步測量-至后視”主界面。）[1]圖3-4Fig.3-4所有碎步點(diǎn)測量結(jié)束后，按“Esc”鍵推出，進(jìn)行全過程測量數(shù)據(jù)的檢核，如果只有一個(gè)已知點(diǎn)，測前視還是測量后視點(diǎn)，且標(biāo)尺不換即使用同一把標(biāo)尺。如果有兩個(gè)已知點(diǎn)，則前視測量另一個(gè)已知點(diǎn)。查看閉合差進(jìn)行檢核。放樣測量功能操作：本儀器的放樣功能可用來放樣高程。放樣點(diǎn)可以像已知點(diǎn)那樣存儲(chǔ)到相應(yīng)的作業(yè)中，要調(diào)出待放樣點(diǎn)高程，只用點(diǎn)號(hào)即可。進(jìn)入放樣顯示界面，啟動(dòng)放樣測量。根據(jù)高程或高差放樣，如圖3-5。圖3-5Fig.3-5H/dH：測得的高程，或測得的高差；Fill/CUT：移動(dòng)量，fill（+）=標(biāo)尺升高/cut（-）標(biāo)尺下降[1]。根據(jù)距離放樣：如圖3-6。圖3-6Fig.3-6Dist：測得的距離In/out：移動(dòng)量：out（+）=標(biāo)尺遠(yuǎn)離/in（-）=標(biāo)尺近移[1]。3.2線路測量功能線路水準(zhǔn)測量程序有BF，aBF，BFFB，aBFFB和單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)等幾種方式，可在“Seline（設(shè)置線路）”的開始程序中選擇。各種測量方法的意義：如表3-1。表3-1Tab.3-1方法奇數(shù)站偶數(shù)站BFBFBFaBF（交替aBF）往測BF返測FB往測FB返測BFBFFBBFFBBFFBaBFFB往測BFFB返測FBBF往測FBBF返測BFFBBF/BFFB單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)左右線均按照BF/BFFB測量以BFFB方法為例：進(jìn)入線路測量程序界面（圖3-7）。圖3-7Fig.3-7設(shè)置線路是可以選擇增加新路線、選擇測量模式（BF，aBF，BFFB，aBFFB和單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)等幾種方式）。圖3-8Fig.3-8設(shè)置限差：線路水準(zhǔn)測量中，安置的限差是否要遵守，取決于應(yīng)用場合。這里我們可以選著需要的限差選項(xiàng)并激活。如圖3-9。圖3-9Fig.3-9這臺(tái)儀器設(shè)置了激活限差或者不激活限差的功能。若激活限差功能，只要測量成果超過限差，一起就顯示一條信息，并允許立即進(jìn)行改正測量。如圖3-10，此測站視距差累計(jì)超限，儀器會(huì)提示是否忽略或者重新測量。圖3-10Fig.3-10線路測量功能中，在完成一個(gè)測站之后，窗口顯示“閉合差”。如圖3-11。圖3-11Fig.3-11移動(dòng)光標(biāo)選擇此項(xiàng)就可以計(jì)算線路閉合差；圖3-12Fig.3-12#stations:測站總數(shù)；dHT:線路終點(diǎn)與起始點(diǎn)的總高差；DTot：線路總長；TBal：線路的總距離差累計(jì)。3.3線路平差線路平差程序可進(jìn)行單一水準(zhǔn)路線的平差。可以定義線路上任意兩個(gè)點(diǎn)位控制點(diǎn)，但要輸入控制點(diǎn)的高程。程序計(jì)算閉合差，然后平差并記錄線路上的所有點(diǎn)。如圖3-13；圖3-13Fig.3-13Job:選擇含有線路的作業(yè)。Line:在當(dāng)前作業(yè)中選擇水準(zhǔn)線路。這條線路就是要用線路水準(zhǔn)程序平差的線路。如果沒有要平差的線路，儀器顯示符號(hào)“*”。Meth.:可以用兩種方法進(jìn)行水準(zhǔn)線路平差，兩種方法都可以計(jì)算閉合差容許值。ByDistance（按距離）：（3-1）L=線路總長ByStation（按測站）：（3-2）n=測站總數(shù)a和b：用以計(jì)算閉合差容許值的普通參數(shù)。按壓鍵計(jì)算閉合差并查看結(jié)果。如果閉合差超限，就顯示超限信息。圖3-14Fig.3-14閉合差計(jì)算完畢后，儀器會(huì)根據(jù)水準(zhǔn)路線上個(gè)點(diǎn)的情況，添加高程改正數(shù)，完成平差過程。如圖3-15。圖3-15Fig.3-153.4數(shù)據(jù)管理器功能徠卡DNF03電子水準(zhǔn)儀可以自動(dòng)存貯測量數(shù)據(jù)，并且通過數(shù)據(jù)管理器可以輸入、編輯數(shù)據(jù)或拷貝其他介質(zhì)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理器保存所有測量數(shù)據(jù)的內(nèi)存和PCMCIA卡[1]。“DATA”鍵調(diào)出數(shù)據(jù)管理器選擇顯示窗（圖3-16）：圖3-16Fig.3-16查看數(shù)據(jù)：修改、創(chuàng)建、查看和刪除作業(yè)數(shù)據(jù)、測量成果、已知點(diǎn)數(shù)據(jù)和編碼表。初始內(nèi)存：刪除全部存儲(chǔ)器、單個(gè)作業(yè)或單個(gè)存儲(chǔ)區(qū)（已知點(diǎn)、測量成果）。內(nèi)存信息：作業(yè)信息和存貯狀況信息。數(shù)據(jù)輸出：把測量數(shù)據(jù)、某項(xiàng)作業(yè)的已知點(diǎn)數(shù)據(jù)通過接口從內(nèi)存輸出到PC卡。數(shù)據(jù)輸入：把已知點(diǎn)、編碼表從PC卡內(nèi)上載到內(nèi)存。利用數(shù)據(jù)管理器的數(shù)據(jù)輸出功能，可以把儀器內(nèi)的數(shù)據(jù)塊輸出到存貯卡，或數(shù)據(jù)接口。經(jīng)接口進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸沒有通信協(xié)議。作為標(biāo)準(zhǔn)輸出格式的GSI格式可用兩個(gè)選項(xiàng)：GSI-8和GSI-16。也可以使用RS232接口輸出數(shù)據(jù)。圖3-17Fig.3-173.5測試功能[1]徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀的“測試”功能為我們提供了一種按使用者愿望測量多次而不貯存數(shù)據(jù)的測量顯示模式。測試模式總是忽略當(dāng)前建立的測量模式單一測量。且顯示的數(shù)據(jù)僅有視線高（中絲讀數(shù)）和視距。（圖3-18）圖3-18Fig.3-184徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀性能的檢測水準(zhǔn)儀是以儀器的水平視線作為基準(zhǔn)線，進(jìn)行高差測量的計(jì)量器具。它廣泛地用于大地水準(zhǔn)測量、地形變形測量、各種工程水準(zhǔn)測量與大型精密機(jī)械安裝等。因此，水準(zhǔn)儀在使用前要進(jìn)行各項(xiàng)檢測。根據(jù)《JJG425-2003水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程》的內(nèi)容，對(duì)被檢測儀器有計(jì)量性能要求和通用技術(shù)要求。計(jì)量性能要求包括：水準(zhǔn)器角值、豎軸運(yùn)轉(zhuǎn)誤差、望遠(yuǎn)鏡分劃板橫絲與豎軸垂直度、視距乘常數(shù)、測微器的行差和回程差、數(shù)字水準(zhǔn)儀30m視距測量誤差、視準(zhǔn)線的安平誤差、望遠(yuǎn)鏡軸與管狀水準(zhǔn)泡軸在水平面內(nèi)投影的平行度（交叉誤差）、視準(zhǔn)線誤差（i角）、望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦運(yùn)行誤差、測站單次高差標(biāo)準(zhǔn)差等內(nèi)容，通用性能要求包括：外觀、儀器各部件功能及相互作用[2]。徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀還有內(nèi)置的一些軟件功能，包括水準(zhǔn)測量、線路測量、線路平差、數(shù)據(jù)管理器、測試等功能。4.1儀器i角的檢測水準(zhǔn)測量中采用前、后視距相等的方法，以消除儀器i角對(duì)觀測數(shù)據(jù)的影響，但在實(shí)際測量中，由于地形和丈量等客觀條件的限制，不可能完全遵守前后視距相等的原則。因此，對(duì)水準(zhǔn)測量特別是精密水準(zhǔn)測量，儀器i角的大小和穩(wěn)定性是保證水準(zhǔn)測量精度的一個(gè)重要條件。雖然數(shù)字水準(zhǔn)儀具有將測定的i角存入機(jī)內(nèi)并對(duì)所測數(shù)據(jù)按該i角進(jìn)行自動(dòng)修正的功能，但儀器i角受外界溫度、濕度、振動(dòng)的影響而瞬時(shí)變化仍然存在，所以用數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測量時(shí)也必須經(jīng)常對(duì)儀器i角進(jìn)行檢測。徠卡DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀提供了i角檢測的方法和程序。4.1.1i角檢測的方法在徠卡DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀i角檢測程序中，提供了兩種不同的檢測方法供選擇：“AXBX”法和“AXXB”法（A和B是標(biāo)尺位置，X是儀器位置），每種方法又各有兩種方法：AXBX法：有中心測量法和庫式（Kukkamaek）法。中心測量法的步驟:儀器首先安置在相距約30m的兩標(biāo)尺中間測量，然后靠近B標(biāo)尺（內(nèi)外均可）測量，如圖4-1：圖4-1Fig.4-1距離應(yīng)滿足下列要求：測站1儀器必須位于中心，偏差在±1m之內(nèi)。測站2，b≤2.5m。庫式（Kukkamaek）法：儀器首先安置在相距為a（a約20m）的兩標(biāo)尺中間測量，然后安置在與B標(biāo)尺的距離為b（a=b）的外邊測量。aaStaffStaffAB1/21/21.Station2.Stationb圖4-2Fig.4-2AXXB法：有費(fèi)式（Forstner）法和李式（Nabauer）法。費(fèi)式（Forstner）法：將儀器安置在兩尺間距的1/3處，兩標(biāo)尺間的距離約為45m-60m。如圖4-3：圖4-3Fig.4-31測站12測站2A標(biāo)尺AB標(biāo)尺B距離應(yīng)滿足的條件:測站1：測站2：(4-1)李式（Nabauer）法：選擇約45m長的距離，將其分成三等份，在中間兩等分點(diǎn)上安置A、B標(biāo)尺，分別在兩標(biāo)尺外邊距離15m處安置儀器測量，如圖4-4。圖4-4Fig.4-44.1.2儀器i角檢測試驗(yàn)綜合4.1.1中的4種方法，我選擇了第一種方法進(jìn)行徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀的i角檢測。1、首先根據(jù)圖4-1所示，將儀器和標(biāo)尺放置到鑒定需要的位置，然后開機(jī)進(jìn)入到檢測界面，如圖4-5。圖4-5Fig.4-5根據(jù)儀器提示操作，先照準(zhǔn)標(biāo)尺A，按測量鍵進(jìn)行測量：再照準(zhǔn)B點(diǎn)，按測量鍵測量。完成后，將儀器搬至距離B標(biāo)尺大于2.5m的地方按照儀器提示再次觀測并測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集完成后，按鍵進(jìn)行i角的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖4-6。圖4-6Fig.4-6圖中Coll.err.old為原視線傾斜誤差，Coll.err.new為新的視線傾斜誤差。4.1.3數(shù)據(jù)的計(jì)算儀器內(nèi)計(jì)算視線傾斜誤差（i角）的相關(guān)公式有：(4-2)A1，B1，B2，A2=標(biāo)尺高度d1,d2,d3,d4=相對(duì)于標(biāo)尺高度的距離前后視距離不等差累計(jì)(4-3)=后視距離=前視距離總距離(4-4)測站距離(4-5)通過儀器內(nèi)程序的計(jì)算，其I角為-0.2″。我根據(jù)儀器測得的數(shù)據(jù)，根據(jù)I角計(jì)算公式：（4-6）計(jì)算儀器的i角數(shù)值。如表4-1。表4-1Tab.4-1儀器站標(biāo)尺讀數(shù)高差a-b(mm)I角的計(jì)算A尺B尺11.357701.37382-16.122到A、B標(biāo)尺的距離=2.78m=33.09m△=h1-h2=0mm21.395691.37957-16.124.1.4儀器i角檢測結(jié)果通過我的計(jì)算儀器的I角為0″，但不是表示儀器沒有I角誤差，所以儀器程序測出的-0.2″也是正確的。因此，我確定儀器的i角測量程序以及儀器的測量功能是符合《徠卡DNA03用戶手冊（5.3版）》中的有關(guān)說明。其i角數(shù)值也滿足《JJG425-2003水準(zhǔn)儀鑒定規(guī)程》中的規(guī)定。4.2數(shù)字水準(zhǔn)儀30m視距測量誤差4.2.1引起視距測量誤差的原因[5]讀數(shù)誤差用視距絲在視距尺上讀數(shù)的誤差，與尺子最小分劃的寬度、水平距離的遠(yuǎn)近和望遠(yuǎn)鏡放大倍率等因素有關(guān)，因此讀數(shù)誤差的大小，視使用的儀器，作業(yè)條件而定。垂直折光影響尺不同部分的光線是通過不同密度的空氣層到達(dá)望遠(yuǎn)鏡的，越接近地面的光線受折光影響越顯著。經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)視線接近地面在視距尺上讀數(shù)時(shí)，垂直折光引起的誤差較大，并且這種誤差與距離的平方成比例地增加。視距尺傾斜所引起的誤差視距尺傾斜誤差的影響與豎直角有關(guān)，尺身傾斜對(duì)視距精度的影響很大。4.2.2測量視距誤差的方法和標(biāo)準(zhǔn)[2]在一平坦地方選取距離為10m,30m二個(gè)點(diǎn)，各安置一個(gè)尺樁或尺臺(tái)。架設(shè)被檢儀器后，用II級(jí)鋼卷尺精確量取儀器垂球點(diǎn)到尺樁或尺臺(tái)點(diǎn)的水平距離D,并記錄。用被檢儀器內(nèi)設(shè)置的距離測量模式，分別對(duì)設(shè)置標(biāo)尺的兩點(diǎn)測量10次，讀取并記錄標(biāo)尺距離顯示數(shù)，分別計(jì)算其平均值D和視距測量標(biāo)準(zhǔn)偏差，并計(jì)算測距誤差。之值，其結(jié)果應(yīng)符合《JJG425-2003水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程》中4.6的要求：DSZ3級(jí)數(shù)字水準(zhǔn)儀，30m視距測量誤差應(yīng)不大于12cm，測距標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于2.5cm。4.2.3儀器30m測距誤差數(shù)據(jù)與鑒定[2]根據(jù)4.2.2中的方法，我在一平坦地方采集了表4-2中的數(shù)據(jù)，并計(jì)算了測距誤差。表4-2Tab.4-2序號(hào)視距顯示數(shù)視距顯示數(shù)110.091.01.030.042.04.0210.080030.0200310.091.01.030.0200410.091.01.030.0200510.091.01.030.0200610.080030.0200710.080030.0200810.080030.053.09.0910.080030.01-1.01.01010.091.01.030.031.01.0或10.085530.02515丈量距離：=10.0m=30.0m=-8cm=+2cm=0.75cm=1.29cm根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，儀器的視距測量誤差=-8cm,=+2cm,滿足規(guī)定的不大于10cm的要求。測量標(biāo)準(zhǔn)偏差也不大于2.5cm。所以本儀器的視距測量誤差滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。4.3儀器測量功能檢測利用徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行一段水準(zhǔn)路線的測量作業(yè)。通過實(shí)際測量作業(yè)檢驗(yàn)儀器的各個(gè)部件以及內(nèi)置軟件的運(yùn)行情況。4.3.1路線測量功能檢測儀器中有2種水準(zhǔn)測量方法，既水準(zhǔn)測量和線路測量。通過前段時(shí)間的儀器使用，我比較了水準(zhǔn)測量與線路測量的使用方法。水準(zhǔn)測量功能只能在完成一個(gè)測站的所有測量之后，即在測完前視之后才能調(diào)出逐點(diǎn)測量和放樣，而且線路測量在完成一個(gè)測站之后，儀器會(huì)自動(dòng)計(jì)算水準(zhǔn)路線長度和高差。所以我選擇線路測量功能進(jìn)行水準(zhǔn)路段測量。徠卡NDA03電子水準(zhǔn)儀每公里往返測量標(biāo)準(zhǔn)差為0.3mm，儀器的使用手冊中寫明可以進(jìn)行高精度水準(zhǔn)測量。所以水準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的精度可以選擇一二等水準(zhǔn)測量的方法和要求，我根據(jù)《GB12897-2006國家一二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定選擇觀測方式與限差標(biāo)準(zhǔn)如下：水準(zhǔn)觀測方式：一二等水準(zhǔn)測量采用單程路線往返觀測。同一區(qū)段的往返測，應(yīng)使用同一類型的儀器和轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承沿同一路線進(jìn)行。在同一區(qū)段內(nèi)，先連續(xù)進(jìn)行所有測段的往測（或返測），隨后再連續(xù)進(jìn)行該區(qū)段的返測（或往測）。若區(qū)段較長，也可將區(qū)段分成20kn-30km的幾個(gè)分段，在分段內(nèi)連續(xù)進(jìn)行所有側(cè)段的往返觀測。同一側(cè)斷的往測（或返測）與返測（或往測）應(yīng)分別在上午與下午進(jìn)行。在日間氣溫變化不大的陰天和觀測條件較好時(shí)，若干里程的往返測可同時(shí)在上午或下午進(jìn)行。但這種里程的總站數(shù)，一等不應(yīng)超過該區(qū)段總站數(shù)的20%，二等不應(yīng)超過該區(qū)段總站數(shù)的30%。2.觀測的時(shí)間和氣象條件水準(zhǔn)觀測應(yīng)在標(biāo)尺分劃線成像清晰而穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行，下列情況下，不應(yīng)進(jìn)行觀測：日出后與日落前30min內(nèi)；太陽中天前后各約2h內(nèi)（可根據(jù)地區(qū)、季節(jié)和氣象情況，適當(dāng)增減，最短間歇時(shí)間不少于2h）；標(biāo)尺分劃線的影像跳動(dòng)劇烈時(shí)；氣溫突變時(shí)；風(fēng)力過大而是標(biāo)尺與儀器不能穩(wěn)定時(shí)。設(shè)置測站和限差：測站視線長度（儀器至標(biāo)尺距離）、前后視距差，視線高度、數(shù)字水準(zhǔn)儀重復(fù)測量次數(shù)按表4-3規(guī)定執(zhí)行。表4-3Tab.4-3等級(jí)儀器類別視線長度前后視距差任一測站前后視距累計(jì)視線高度數(shù)字水準(zhǔn)儀重復(fù)測量次數(shù)光學(xué)數(shù)字光學(xué)數(shù)字光學(xué)數(shù)字光學(xué)（下絲讀數(shù)）數(shù)字一等DSZ05DS05≤30≥4且≤30≤0.5≤1.0≤1.5≤3.0≥0.5≤2.80且≥0.65≥3次二等DSZ1DS1≤50≥3且≤50≤1.0≤1.5≤3.0≤6.0≥0.3≤2.80且≥0.55≥2次注：下絲為近地面的視距絲。幾何法數(shù)字水準(zhǔn)儀視線高度的高端限差一、二等允許到2.85m，相位法數(shù)字水準(zhǔn)儀重復(fù)測量次數(shù)可以為上表中數(shù)值減少一次。所有數(shù)字水準(zhǔn)儀，在地面震動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)隨時(shí)增加重復(fù)測量次數(shù)。4.數(shù)字水準(zhǔn)儀測站觀測順序和方法1）往、返測奇數(shù)站照準(zhǔn)標(biāo)尺順序?yàn)椋汉笠晿?biāo)尺；前視標(biāo)尺；前視標(biāo)尺；后視標(biāo)尺。2）往、返測偶數(shù)站照準(zhǔn)標(biāo)尺順序?yàn)椋篈）前視標(biāo)尺；B）后視標(biāo)尺；C）后視標(biāo)尺；D）前視標(biāo)尺。3）一測站操作程序如下（以奇數(shù)站為例）：首先將儀器整平（望遠(yuǎn)鏡繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，園氣泡始終位于指標(biāo)環(huán)中央）；將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)后視標(biāo)尺（此時(shí)，標(biāo)尺應(yīng)按圓水準(zhǔn)器整置于垂直位置），用垂直絲照準(zhǔn)條碼中央，精確調(diào)焦至條碼影像清晰，按測量鍵；顯示讀數(shù)后，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)前視標(biāo)尺條碼中央，精確調(diào)焦至條碼影像清晰，按測量鍵；顯示讀數(shù)后，重新照準(zhǔn)前視標(biāo)尺，按測量鍵；顯示讀數(shù)后，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)后視標(biāo)尺條碼中央，精確調(diào)焦至條碼影像清晰，按測量鍵。顯示測站結(jié)果。測站檢核合格后遷站。5.間歇與檢測觀測間歇時(shí)，最好在水準(zhǔn)點(diǎn)上結(jié)束，否則，應(yīng)在最后一站選擇兩個(gè)堅(jiān)穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置標(biāo)尺的固定點(diǎn)，作為間歇點(diǎn)。如無固定點(diǎn)可選擇，則間歇前應(yīng)對(duì)最后兩站的轉(zhuǎn)點(diǎn)尺樁（用尺臺(tái)作轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承時(shí)，可用三個(gè)帶帽釘?shù)哪緲叮┳鐾咨瓢仓?，作為間歇點(diǎn)。間歇后應(yīng)對(duì)間歇點(diǎn)進(jìn)行檢測，比較任意兩尺承點(diǎn)間歇前后高車，若符合限差要求，即可由此起測；若超過限差，可變動(dòng)儀器高度在檢測一次，如果超限，則應(yīng)從前一水準(zhǔn)點(diǎn)起測。檢測成果應(yīng)在手簿中保留，但計(jì)算高差是不采用。數(shù)字水準(zhǔn)儀測量間歇可用建立新測段等方法，檢測有困難時(shí)最好收測在固定點(diǎn)上。6.觀測限差應(yīng)不超過表4-4中的規(guī)定。表4-4Tab.4-4等級(jí)上下絲讀數(shù)平均值與中絲讀數(shù)的差基輔分劃讀數(shù)的差基輔分劃所測高差的差檢測間歇點(diǎn)高差的差0.5cm刻劃標(biāo)尺1cm刻畫標(biāo)尺一等1.53.00.30.40.7二等1.53.00.40.61.0對(duì)于數(shù)字水準(zhǔn)儀，同一標(biāo)尺兩次讀書差不設(shè)限差，兩次讀數(shù)所測高車的差執(zhí)行基輔分劃所測高差之差的限差。測站觀測誤差超限，在本站發(fā)現(xiàn)后可立即重測，若遷站后才發(fā)現(xiàn)，則應(yīng)從水準(zhǔn)點(diǎn)或間歇點(diǎn)（應(yīng)經(jīng)檢測符合限差）起始，重新觀測。7.數(shù)字水準(zhǔn)儀測段往返起始測站設(shè)置儀器設(shè)置主要有：測量的高程單位和記錄到內(nèi)存的單位為米（m）；最小顯示位為0.00001m；設(shè)置日期格式為實(shí)時(shí)年、月、日；設(shè)置時(shí)間格式為實(shí)時(shí)24小時(shí)制。測站限差參數(shù)設(shè)置：視距限差的高端和低端；視線高限差的高端和低端；前后視距限差；前后視距累計(jì)限差；兩次讀數(shù)高差之差限差。作業(yè)設(shè)置：建立作業(yè)文件；建立測段名；選擇測量模式：“aBFFB”；輸入起始點(diǎn)參考高程；輸入點(diǎn)號(hào)（點(diǎn)名）；輸入其他測段信息。通訊設(shè)置：按儀器說明書（《徠卡DNA03用戶手冊5.3版》）操作。8.往返測高差不符值、環(huán)閉合差往返高差不符值、環(huán)閉合差和檢測高差之差的限差應(yīng)不超過表4-5中的規(guī)定：表4-5Tab.4-5單位為毫米等級(jí)測段、區(qū)段、路線往返測高差不符值附合路線閉合差環(huán)閉合差檢測已測測段高差之差一等——二等注：k-測段、區(qū)段或路線長度，單位為千米（km）；當(dāng)測段長度小于0.1km時(shí)，按0.1km計(jì)算；L-附和路線長度，單位為千米（km）；F-環(huán)線長度，單位為千米（km）；R-檢測測段長度，單位為千米（km）。根據(jù)檢測方案進(jìn)行一段一等水準(zhǔn)路線測量，選擇的測量方式為路線測量，在測量作業(yè)時(shí)，檢測儀器路線測量程序的運(yùn)行情況。操作步驟如下：打開儀器，選擇線路測量模式如圖4-7，圖4-7Fig.4-7設(shè)置作業(yè)：如果沒有創(chuàng)建作業(yè)，儀器自動(dòng)默認(rèn)“DEFAULT”的作業(yè)。如果有多個(gè)作業(yè)可用，就需要選擇一個(gè)作業(yè)。如圖4-8。圖4-8Fig.4-8如果需要輸入并打開一項(xiàng)新作業(yè)，可以按方向鍵選擇“增加”新建一個(gè)作業(yè)。如圖4-9。圖4-9Fig.4-9按照儀器提示輸入“job”作業(yè)名等信息。設(shè)置路線：選擇了作業(yè)之后，儀器制動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)新的線路顯示在窗口。若想要不同名稱的路線，必須在測量開始之前修改。如果所選的是一項(xiàng)空作業(yè)，新的路線就轉(zhuǎn)向它。見圖4-10。這里可以選著“Meth”（觀測方法：BF/aBF/BFFB/aBFFB/單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)）。圖4-10Fig.4-10設(shè)置限差：線路水準(zhǔn)測量中，安置的限差是否要遵守，取決于應(yīng)用場合。本儀器設(shè)置了激活限差或者不激活限差的功能。見圖4-11。若激活限差功能，只要測量成果超過限差，一起就顯示一條信息，并允許立即改正測量。圖4-11Fig.4-11將光標(biāo)移動(dòng)至“值”處，設(shè)置自己需要的限差數(shù)值。如圖4-12。圖4-12Fig.4-12在這個(gè)界面，我將表4-6中的限差數(shù)據(jù)輸入儀器中。表4-6Tab.4-6路線閉合差視距差視線高兩次讀數(shù)差前后視距差累計(jì)視距差≤1.0m≤3.0m≤2.8且≥0.650.4mm注：F-路線長度，單位為千米（km）儀器設(shè)置完成后，開始作業(yè)，按照測量要求進(jìn)行水準(zhǔn)路線測量。在實(shí)際操作中，儀器各功能運(yùn)行良好，數(shù)據(jù)保存準(zhǔn)確，超限報(bào)警及時(shí)，路線測量程序運(yùn)行穩(wěn)定。4.3.2儀器測試功能的檢測在實(shí)際測量時(shí)，一測站的前后視距差要不大于1m。在線路測量時(shí)，由于選擇的是aBFFB方式進(jìn)行觀測。在偶數(shù)站時(shí)，需要先對(duì)顯示尺進(jìn)行觀測。由于前后視距不容易掌握，如果視距超限，需要移動(dòng)儀器和前尺，重新測量。這是可以按“shift”鍵加“MODE”鍵，調(diào)出測試功能，這種功能是完全獨(dú)立的、只測量視線高和視距并且不記錄測試數(shù)據(jù)的，不影響路線測量程序的執(zhí)行。為了檢測測試功能的穩(wěn)定性，我將儀器架設(shè)在距離標(biāo)尺30米左右的地方，儀器開機(jī)，調(diào)出測試界面。然后照準(zhǔn)標(biāo)尺，按測量鍵測量實(shí)現(xiàn)高度數(shù)和距離，并且進(jìn)行手工記錄。見數(shù)據(jù)處理表4-7（單位：mm）。表4-7Tab.4-7測量次數(shù)視線高讀數(shù)VV211546.59-0.050.002521.546.770.130.016931546.690.050.002541546.56-0.080.006451546.61-0.030.000961546.670.030.000971546.53-0.110.012181546.62-0.020.000491546.740.100.0100101546.63-0.010.0001平均值1546.64通過實(shí)際操作，并且計(jì)算測試功能下的測量中誤差。儀器中誤差為0.07mm，由于測量時(shí)標(biāo)尺不是固定不動(dòng)的，所以偶爾會(huì)出現(xiàn)互差較大的數(shù)據(jù)，但多數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)穩(wěn)定的?？偨Y(jié)出測試功能的運(yùn)行穩(wěn)定，操作界面簡單，數(shù)據(jù)顯示清楚準(zhǔn)確。4.3,3數(shù)據(jù)管理器功能外業(yè)測量完成后，按“DATA”鍵打開數(shù)據(jù)管理器。我們可以輸入作業(yè)名稱，查找測量數(shù)據(jù)，并且可以查看每一測站的視線高、視距等數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)管理器查看儀器內(nèi)存和PCMCIA卡中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。圖4-13Fig.4-13徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)管理器功能可以很好地保存測量數(shù)據(jù)，并且通過LGO軟件將水準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸出到電腦。數(shù)據(jù)管理器在水準(zhǔn)測量實(shí)驗(yàn)中的性能穩(wěn)定，沒有丟失數(shù)據(jù)現(xiàn)象。4.3.4儀器線路平差功能通過外業(yè)測量獲取的數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)管理器調(diào)出。利用儀器中的平差功能對(duì)所測數(shù)據(jù)處理，計(jì)算線路閉合差，如圖4-14。儀器的計(jì)算結(jié)果主要有路線閉合差、每個(gè)測量點(diǎn)的改正后高程。圖4-14Fig.4-14通過儀器平差功能計(jì)算得出的閉合差為1.98mm。為了檢測儀器中平差計(jì)算的準(zhǔn)確程度。我利用數(shù)據(jù)管理器將數(shù)據(jù)調(diào)出，將數(shù)據(jù)人工計(jì)算。得出的閉合差為1.9mm。測量點(diǎn)的改正后數(shù)據(jù)與儀器改正后數(shù)據(jù)相同。詳見表4-7水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理（單位：m）。表4-7水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理Tab.4-7Leveldataprocessing點(diǎn)標(biāo)識(shí)高差改正數(shù)改正后高差高程A1--0.00001-0.0264-0.0001-0.0265-0.026520.1080-0.00010.10790.081430.0404-0.00010.04030.121740.0617-0.00010.06160.18335-0.0192-0.0001-0.01930.164060.0454-0.00010.04530.20937-0.0598-0.0001-0.05990.14948-0.0723-0.0001-0.07240.07709-0.1148-0.0001-0.1149-0.0379100.0297-0.00010.0296-0.008311-0.0465-0.0001-0.0466-0.054912-0.0835-0.0000-0.0835-0.138413-0.0420-0.0001-0.0421-0.1805140.2008-0.00010.20070.0202150.0579-0.00010.05780.0780160.2279-0.00000.22790.305917-0.2434-0.0001-0.24350.062418-0.1656-0.0001-0.1657-0.1033190.0260-0.00000.0260-0.0773200.1002-0.00010.10010.022821-0.0189-0.0001-0.01900.0038A1-0.0037-0.0001-0.00380.0000∑0.0019-0.001904.4通用技術(shù)要求檢測4.4.1外觀檢查儀器上表明了徠卡公司的商標(biāo)、儀器型號(hào)及出廠標(biāo)號(hào)。外表無脫漆、銹蝕和傷痕，儀器密封性能良好，光學(xué)零件表明清潔，沒有脫膠、脫膜、油跡、霉點(diǎn)等缺陷。望遠(yuǎn)鏡視場亮度均勻，成像清晰，刻線平直無結(jié)節(jié)、斷線等現(xiàn)象。4.4.2儀器各部件功能及相互作用檢查儀器各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，沒有松動(dòng)、卡滯和影響操作的現(xiàn)象。水準(zhǔn)器安裝牢固，氣泡移動(dòng)靈活。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡時(shí)，目標(biāo)成像清晰，視場內(nèi)十字絲交點(diǎn)無晃動(dòng)現(xiàn)象。數(shù)字水準(zhǔn)儀的各按鍵操作舒適、功能有效、顯示清晰，其附件和備件齊全。內(nèi)部軟件和操作程序能適應(yīng)相應(yīng)測量的要求，數(shù)據(jù)通訊功能穩(wěn)定、可靠。4.5徠卡綜合軟件包（LGO）的功能徠卡綜合軟件包（LGO）可以對(duì)GPS、全站儀和電子水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、平差、數(shù)據(jù)管理、輸出數(shù)據(jù)等處理。這里我將介紹軟件中關(guān)于關(guān)于水準(zhǔn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、誤差分配、平差和數(shù)據(jù)總結(jié)等功能。4.5.1水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)的傳輸電子水準(zhǔn)儀可以通過數(shù)據(jù)傳輸線與電腦連接，并通過LGO軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的下載與格式的轉(zhuǎn)換。方法與步驟如下：打開左側(cè)工具欄，點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)交換管理”，會(huì)彈出對(duì)話框（圖4-15）。圖4-15Fig.4-15點(diǎn)擊“串口”前面的“+”圖標(biāo)，右鍵選擇“設(shè)置”選項(xiàng)，進(jìn)入設(shè)置對(duì)話框（圖4-16），圖4-16Fig.4-16這里可以選擇數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩丝?、儀器類型（GPS、TPS、DNA等儀器的型號(hào)）、波特率和結(jié)束符。設(shè)置結(jié)束后，刷新一下串口即可展開水準(zhǔn)儀內(nèi)的內(nèi)存卡，如圖4-17。圖4-17Fig.4-17在作業(yè)文件夾下找到需要傳輸?shù)奈募Q，復(fù)制其中內(nèi)容到自己電腦中，這時(shí)需要對(duì)傳輸?shù)奈募斎胛募透袷剑▓D4-18），一般水準(zhǔn)數(shù)據(jù)采用GSI格式傳輸。圖4-18Fig.4-184.5.2水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)的輸入首先從“輸入”菜單中選擇“原始數(shù)據(jù)”選項(xiàng)；然后從列表中選擇輸入的數(shù)據(jù)類型（文件類型）：DNA03/10原始數(shù)據(jù)、GSI（觀測數(shù)據(jù)）。如圖4-19。再選擇需要輸入的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“輸入”即可。圖4-19Fig.4-19選擇“輸入”會(huì)彈出“分配數(shù)據(jù)”對(duì)話框，如圖4-20。選擇一個(gè)項(xiàng)目（或者右鍵新建一個(gè)項(xiàng)目）單擊“分配”。數(shù)據(jù)就分配到選擇的項(xiàng)目中（圖4-21）。這是可以點(diǎn)擊文件夾前面的“+”查看文件夾內(nèi)的數(shù)據(jù)。圖4-20Fig.4-20圖4-21Fig.4-21圖4-22Fig.4-22同時(shí)也可以點(diǎn)擊屏幕下面的一些選項(xiàng)，包括：水準(zhǔn)處理、平差、點(diǎn)、結(jié)果等選項(xiàng)查看文件其他內(nèi)容。圖4-22示為水準(zhǔn)處理選項(xiàng)的內(nèi)容，圖4-23示“點(diǎn)”選項(xiàng)的內(nèi)容。圖4-23Fig.4-234.5.3數(shù)據(jù)的平差水準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入完成后，點(diǎn)擊下面的“水準(zhǔn)處理”選項(xiàng)，在數(shù)據(jù)顯示部分選擇控制點(diǎn)，并在點(diǎn)號(hào)對(duì)應(yīng)的一行右鍵單擊，在彈出的選項(xiàng)中可以創(chuàng)建新的控制點(diǎn)。如圖4-24示。圖4-24Fig.4-24創(chuàng)建控制點(diǎn)完成后，在右鍵彈出的選項(xiàng)卡中，選擇“處理參數(shù)”，會(huì)彈出配置水準(zhǔn)處理對(duì)話框，如圖4-25在這個(gè)對(duì)話框中，可以選擇平差方法，既“通過距離”和“通過測站”。閉合差公式（5-1）式中的a和b的值可以通過對(duì)話框輸入。在這個(gè)對(duì)話框中還可以輸入每站的高程誤差、距離差值等參數(shù)。圖4-25Fig.4-25完成參數(shù)輸入后，點(diǎn)擊確定，再次右鍵單擊，在選項(xiàng)卡中選擇“處理”，軟件就會(huì)按照前面輸入的數(shù)據(jù)和參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算，并同時(shí)生產(chǎn)結(jié)果和水準(zhǔn)總結(jié)，如圖4-26水準(zhǔn)總結(jié)見附錄A。圖4-26Fig.4