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数字水准仪在精密工程测量中的应用


互程技术  

往薜技协信 术作息  

2(总l  01赁0 12 ;l 0) 3

数 字水 准仪 在精 密工程 测量 中的应 用  
●聂 宝 森 王 占明
摘 关键 词 : 字水准仪 ; 量 系统 ; 数 测 工作原 理 ; 误差 ; 密工程 测量  精

孙 晓 明 

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要 : 文介 绍 了数字 水准仪 测量 系统 的组成及 工作 原理 、 点和误 差来 源 , 其在 在精 密工程 测 量 中的应 用。 本 特 及  

数字 水准仪 是 2 世 纪 9 0 O年代 初出现 的新 型几何水 准 测量仪 器 , 它 

2自动补偿装 置引起的误差 。 . 数字水准仪 的补 偿功能与 自动安平水 准 

结构 和工艺略有不 同 , 它仍由重力摆和 阻尼 器构成 。 因此 , 数  的 出现解决 了水准仪 数字化读 数的难题 ,标志着大地 测量完成 了从精密  仪原 理相同 , 光机仪器到光机 电测 一体化 的高科技产 品的过渡 。由于数字水 准仪克服  字水 准仪 自动补偿 器误 差包括 : 补偿 器安平误 差 、 余补偿误 差 、 滞影  剩 迟 了传 统水 准测量的诸多 弊端 , 具有 读数客观 、 度高 、 精 速度 快 、 能够减 轻作  响和恒磁场 中的状态( 磁影响) 。 地 等   业强 度 、测量结果便于输入 计算机 和容易实现水 准测量 内外业一体 化的  3电子设 备引起 的误差 。数 字水准仪是根 据探测器( C ) 的条码  . C D 获取

特点 , 市场应用前景十分乐观 。目前 占据数字水 准仪市场 的主要是 瑞士  影像进行测量 的 , C 其 C D的物理特 性决定其在光线 强弱变化 、 条码标尺 表面 
L ia 司 、 国 Z i e 公 c 德 e s公司 以及 日本 T p o s ocn和 S k i公 司生产 的几种 型  光照不 均匀 、 o ka 观测瞬 间强光 闪烁 、 界气 流抖动 等情况 下 , 外 可能会 降低 标 

号 的产 品。 本文 以瑞士 L i 公 司为例介绍数字水 准仪的特点 、 ea c 误差来 源 、 尺成像的对 比度 而引起误差 。   还包括 线阵探测器(C ) C D 的物理特性 引起 的  测量 系统 的组成及工作原理等 。  


误差 、 信号分析 和处 理的误差 以及 电子视轴 i 的误差等 。 角   4夕 界条件改 变而引起 的误差 。 _   数字水准仪 与条码标尺组成 的测量 系  



数字水 准测量系统的组成及 工作原理 



个数字水 准仪测 量系统 主要是 由编码标 尺 、 学望远 镜 、 偿器 、 统是 处在时刻变化 的外界 条件下进行 工作 的,外 界条件 的变 化将引起仪  光 补  

C D传感器 以及微 处理控制器 和相关 的图象处理 软件等组成 。工作基本  器各 部件产生误差 。 C 这种影响常常 表现 为各部件及其 组合的综合影 响。 外 
原 理是标尺上的条码 图案经过 光反射 ,一部 分光束直接 成像在 望远镜分  界 因素的影响产 生的误差 主要有 : 温度变化对 电子 i 的影 响 、 角 大气 垂直 

仪器和标尺垂 直位移 的影响 、 面振动 的影响和地 面电磁场  地 划 板上 , 目视观测 , 一部分 光束通 过分 光镜 被转折 到线 阵 C D传 感  折光 的影 响 、 供 另 C 器 的像平 面上 , 经光 电转换 、 整形 后再经 过模数转 换 , 出数字 信号 被送  的 影 响 等 。 输  

到 微处理器 进行处理 和存储 , 并将 其与仪 器 内存 的标准 码( 参考 信号 ) 按 


四 、 用 实 例  应

定方式进 行 比较 , 即可获得 视线 高度和水平距 离。 就象光学水 准测 量一 

以 2 0 年 1 月在黑 龙江省东 宁县绥 阳镇测 区水准 测量的高差 观测  09 0

样, 测量标尺要 直立 , 只要 把标 尺照亮 , 还可 以在 夜间进行测 量( 传感器 的  数据和平差结果来 阐明数 字水准仪 以上的特 点 ,证 明数 字水准仪 比光 学 
敏感范 围从 最高频率的可见光 到亚红光的频率 ) 。  
二 、 字 水 准 仪 的 特 点  数

水 准仪 的优越性 。作业使用 Li   N 0 精密数字水准仪 ,m铟 瓦条 码  e aD A 3 c 3
水 准尺 , 自动观 测记 录 , 采用单 路线 往返观 测 , 条路线 的往返测 使用 同  一


数字水准仪 是以 自动安平 水准仪 为基础 ,在 望远镜光路 中增加 了分 

类 型仪器和转点 尺垫 , 同一路线 进行 。 沿 观测成果 的重测和取舍按相应 

奇数 站按后 一前 一前 一 的顺序进行 , 数站时  后 偶 光镜和探测器 ( c ) 采用条码标尺 和图象处理 电子 系统而构成 的光机  规范要求执 行 。观测 时, cD, 并 电测 量一体化的高科技产 品。 采用普通标 尺时 , 又可象一般 自动安平水准  按前 一后 一 一 的顺序进行 。 后 前 每一 测段应为偶数测 站。 组往返测安排  一
仪一 样使用 。它与传统仪器相 比有以下共 同特 点 :   在不 同的时 间段进 行 ; 由往 测转 向返测 时 , 互换 前后尺 再进行 观测 ; 晴天 

1 . 读数客观。不存在误差 、 误记问题 , 没有人 为读 数误差 。  
取平均得 出来的 , 因此削弱 了标 尺分划误差 的影 响。 多数仪器都有进 行多 
次读数取平 均的功能 , 以削弱外 界条件影响 。 熟练的作业人员业 也能  可 不

观测 时给仪 器打伞 , 避免 阳光直射 ; 尺时借助 尺撑 , 扶 使标尺上 的气 泡居 
表 1 高差观 测数 据 

2 度高。 视线高 和视距读数都 是采用 大量 条码分 划图象经处 理后  中 , . 精 标尺垂直 。高差观测数据 和平差结果 见表 1 表 2 表 3  、 、 。

N. o  

测 段 

高 差 

较 差 

距 离 ( m △△/  k) L

进行高精度测 量。   3 . 速度快 。 由于省去 了报数 、 听记 、 现场计算 的时间以及人为 出错 的重  测数 量 , 测量时 间与传 统仪器相 比可以节省 1 左右 。 / 3   4 率高 。 . 效 只需调焦 和按键就可 以 自 动读 数 , 减轻 了劳动强 度。 视距还  能 自动记 录 、 检核 、 处理并 能输入 电子计 算机进 行后处 理 , 可实 线 内外业 


体化 。   三、 字水准仪的误差来 源  数

由数字水 准仪的构造 及其测量原 理可知 ,数字水准仪 的误差来 源主 
要包含 两方 面 , 即光学 、 机械部分 和电子部分 。  

1 . 光学和机 械部件引起 的误差 。一般说来 , 数字水准 仪具有与光学 水 

准仪相 同或相 似的光学和机 械结构 , 因此 , 数字水准 仪因光 学和机械部 件 
本身引起的误差与光 学水准仪基 本相 同。同时 , 数字水 准仪是 光学 、 机械 

部 件和 电子部件相 结合 的产物 , 而光学 、 机械部 件引起 的误差 , 又会 因其  与电子部件结合而表现 出新的特征 , 如圆水 准器 误差 、 调焦透镜运 行误差 
和竖轴倾 斜引起的视轴误差 等。  
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! 塑   

竖些 堡   查堡 塑垒

互 程技术  

浅谈 住 宅 小 区智 能化 建设 
●李 冬 青


王 君 玲 

要 : 着 国民 经济和 科 技技 术 水 平的提 高 , 随 建设 智 能化 住 宅 小 区是 必 然趋 势 , 对 目前 房地 产 市场 推 出的智 能 小区楼 盘 , 者从 专 业 角度谈 谈 智  针 笔

能小 区基本 构成 。 目前 虽然 关 于智能化 小区的 定 义有不 少, 还没 有一 个 完善 的智 能化 小 区的定 义 。 但   关键词 : 智能 化 小区 ; 防 自动 化 ; 信 自动化 ; 安 通 管理 自动 化  智 能 建筑 于 9 代初 率先 在写 字楼 实 现后 ,O年代 中期 出现 了 “ 0年 9 智能 化 住  时 间 ,当保 安 人员 到 达巡 更 点时 ,巡 更器 会得 到保 安 人 员当 时 的位置 和 时间信   宅小 区 ” 的新 理念 之后 , 能 化才逐 步 扩展 到住 宅上 。 智   息 , 后查 询 记录 , 事 可以有 效地 杜绝 漏 岗及执 勤不 到位 等情 况 。   二、 通讯 和信 息 自动化 系统 

智能 化住 宅 小区 是指 利用 现 代建 筑 技术 及 现代 计算 机 、 信 、 通 控制 等 高新 技 

术, 把物业管理 、 防、 安 通信等系统集成在一起 , 并通过通信 网络连接物业管理 
“ A, , 遍认 为智 能化 住宅 小 区也 为“ A 系统 , 们分 别 是 : 三 , 系统 普 三 ” 它  


( IS— C m u i tn&I om tnA t ao yt 包括数字信息网  CA o m nc i ao n r ao uo tnSsm) f i mi e
线 系统 以及 手机 信号 增强 系统 等 。  

处, 为小 区住 户 提供 一 个 安全 、 适 、 利 的 现代 生 活 环境 。通 常 智 能化 大 厦 是  络 、 舒 便 宽带 接入 、 宽带 网 络增 值服 务 、 频传 输 、 言 与传 真 功能 、 线 电视 、 用 天  视 语 有 公
安 防 自动 化 系统 《 A —S c ry A tmai   y tm ) S S e ui  uo tn S se   t o



智 能 化小 区实 际 上就 是信 息 化小 区 ,小 区的通 讯 自动化 系统 有赖 于外 部 网 

包括 室 内 防盗报 警 系统 、 防报警 系统 、 消 紧急求 助 系统 、 出人 口控 制 系 统 、 可  络 的建 设 , 在外 部 网络 已经建 成并 具有 丰 富 的网 络资 源 , 过建 立小 区 的局域   现 通 视 防盗 对讲 系统 、 煤气 泄 漏报 警 系 统 、 外 闭路 电视 监控 系 统 和周 界 防 范 系统 、 网 , 设 立家庭 宽 带接 口, 室   并 就可 以充 分利 用 网络 实现与 外部 世界 的信 息交 互 。  

室外 的 电子巡 更 系统等 。  
小 区安防 自动化系 统 可以和 城 市 10 A 1C S系 统联 网 , 现小 区物业 和公 安 警  实

三、 管理 自动 化系统   ( S M ngm n u m tnSs m ) 括 停车场 管理 系统 、 MA — aae et t ao yt 包 A o i e 三表 ( 、 、 水 电   广 播 系统 等 。  

力 的有 机结 合 , 更有 效 地 防范各 种 犯罪 , 能 保护 人 民群 众 的生 命 和财 产安 全 。安  气 ) 远传 自动计 量 系统 、 区设备 管 理系统 、 能 “ 卡 通 ” 小 智 一 系统 、 背景 音 乐 / 急  紧 防 自动化 系统 以空间来 分 , 分 为室 内部分 和 室外部 分 。 可   1 内部分 : 室 内红 外线 报 警 、 防报 警 、 . 室 住户 消 紧急 救助 、 可然 气体 泄 漏 、 门禁  管 理 自动化 系 统 是利 用智 能化 小 区 的各子 系统 , 建筑 统 一 的管理 平 台 , 依托 

系统 , 有信 息 连 接 到住 户 室 内防 盗智 能 控 制主 机 , 主机 负责 数 据 采集 、 据  计 算机 网络 技术 实 现对 小 区安 防监 控 , 信 信息 服 务 , 所 该 数 通 物业 管理 等 一系 列 自动化 

分 析 , 析结果 传 送 到控制 中 心 、 把分 由控 制 中心 电脑 作 处理 。显 示及 打 印情 况 、 通  管 理 的总称 , 物业 管 理公 司利 用 先进 的管 理 自动 化 系统 能更 方便 、 高效 的进 行各 
知值 班 人员及 10报警 中心 ; l   种 管理 工作 , 户 将感 受到 一种 全新 的安 全 、 住 舒适 的环 境 和周到 的服 务 。   目前小 区智能 化 缺乏 国家 统一 的标准 和规 范 ;其 次是 小 区智 能化 建设 有赖 

2室外部 分 : 外部 分分 下面 几个 系统 : 区摄像 监控 系 统 : 住宅 小 区 出入  . 室 小 在

口 , 路 口及 围墙 边 绿化 带 、 面 , 下 停车 场设 有 监控 摄像 机 , 主要 地 地 在控 制 中心 值  于国 民经 济 的发展 和 国 民总体 素 质 的提高 另 一方 面要 实 现小 区智 能化 ,还 要得  班人 员 2 时监 视摄 像机 画 面 , 可 2 小 时 录 像存 储 , 供犯 罪 证据 。周 界 红  到政府 各 部 门的支 持 , 定统 一 的规 范 和相 关法 规 。由此 可 见 , 真正 实现 小 区  4小 并 4 提 制 要 外线 对 射报警 系 统 。在 围墙 段设 周界  外 线对 射报 警 系统 。当有 人非 法越 栏时 , 智 能化 ,   在我 国仍 需走 相 当长 的一段 路 。  
即报 警 , 触发 周界 摄像 机跟 踪摄 相及 录相 。 并   电子 巡更 系统 : 小 区适 当位 置设 立 巡更 点 , 定保 安 人 员巡 更路 线 及巡 更  在 规 ( 者单 位 : 作 牡丹 江 市建筑 设计 研究 院 )  

表 2 精 度评定 
△△/ j 2     L   2 69

路 线 的 总 长 度 为 4. 4公 里 , 高 差 闭 合 差 为 6 m <限 差 4 / 03 9 . m 8 、 r 
4 2 . m。每公里 水准 测量偶 然 中误差 M△= / T LA ] o6 m =5 m 6  ̄T T ) . = m <限 


测 段数  

I= 1   】 6

v 斗n

差 lm m 。此精度 完全满 足规范要求 , 成果准确 可靠 。  

每 里  4 然 误 肘 公 水 量 中 差  W   ]om 偶 I =6 T  .m  
表 3 高差 闭合 差计算 结果  .
) 3     5  

五 、 论  结

数字水 准仪对标 尺分 划的 自动测量 技术 ,防止 了人为读数 和传递误  差, 观测员 集中于 照准 、 调焦和 启动测量 。 测量过程 简捷迅 速 , 测量数据 真  实 可靠 , 省 了人力 。 节 数字水 准仪取代 光学水准仪 是测绘仪 器发展 的必然 

趋势, 但是 还必须遵 循水 准测量 的基本规 律和 测量规 范的基本 技术要求 。   目前数字 水准仪用 于精密 工程 水准测 量是可行 的 。  
参 考文献 

线黼

X1、 1 、 6 G、 研 、 8 固、 1、 l、 1, 1、 I、丑、 5 S3 G、   岛、 4、 5街、 G、 G0 Gl G2 G3 G (5 4    

高巍 

68 )    

[ 国 家标 准 G /  2 9 - 0 6 国家一、 1 】 B T 18 7 20 . 二等 水准测量规 范 . : 国标  北京 中
准 出版 社 ,0 6 20  

总 长 度 4 3  铀   Q94 0 1 )

f1 卡 DNA 3 DNA1 2徕 0/ 0用户手册 

[ 肖进 丽, 几种数 字水 准仪标尺 的编码 规则 和读数 原理 比较 田 . 3 】 等. 测绘 
2 0 .1 ) 5 - 8 在此 地 区设计要 求控 制水 准路 线按 照 国家二 等水 准测 量来 要求 , 在  通 报 ,0 4(0 :7 5  

山区高差闭 合差 为 4 /  L为路 线的 长度。该 测区水准路 线 中往返测 高  、f , /
差 不符值最 大为 G 0~ 1 段 , 38 m 4 / 限差 463 m, 区水 准  1 G 1 为 . <、f a r =. m 测

( 作者单位 : 武汉大 学测绘遥 感信息工 程国家重点 实验室  吉  林 省  地 勘  局 测  绘 院  大 庆 钻 探 工 程 公 司 物探 二公 司测 绘 中 心 )  

?

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