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1、淺析數(shù)字水準儀的測量誤差【摘要】介紹數(shù)字水準儀的基本結(jié)構(gòu)及測量原理，分析和論述數(shù)字水準儀在測量上產(chǎn)生的誤差?！ 娟P(guān)鍵詞】數(shù)字水準儀測量誤差 自第一臺數(shù)字水準儀問世以來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字水準儀經(jīng)不斷地改進，其觀測精度有了很大的提高。數(shù)字水準儀具有光學水準儀無可比擬的優(yōu)點，與光學水準儀相比，它具有測量速度快、操作簡單、讀數(shù)客觀、不存在誤讀或誤記等人為誤差，自動記錄存儲測量數(shù)據(jù)，容易實現(xiàn)水準測量內(nèi)外業(yè)一體化等諸多優(yōu)點，數(shù)字水準儀是代替?zhèn)鹘y(tǒng)光學水準儀的理想產(chǎn)品。作為數(shù)字水準儀，在實際野外觀測工作中，也存在著測量方面
2、的誤差，由于數(shù)字水準儀的工作原理和方法與傳統(tǒng)的光學水準儀不同，構(gòu)造比較復雜，本文只對數(shù)字水準儀在測量上產(chǎn)生的誤差加以概念性的分析和論述。 1數(shù)字水準儀的原理 1.1數(shù)字水準儀的基本結(jié)構(gòu) 數(shù)字水準儀是利用電子工程學的原理制造，能夠進行自動觀測、記錄信息、處理數(shù)據(jù)的電子儀器，它是在自動安平水準儀基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。數(shù)字水準儀基本結(jié)構(gòu)是由光學部件、機械部件、自動補償裝置和電子設(shè)備組成。光學和機械部件同光學儀器基本相同，自動補償裝置包括了重力擺和阻尼器等部件，電子設(shè)備方面，主要是由調(diào)焦編碼器、光電傳感器（線陣CCD器件）、
3、讀數(shù)電子元件、單片微處理機、GIS接口、顯示器、鍵盤和影像、數(shù)據(jù)處理軟件等組成，這些部件使儀器具備了智能化，觀測更加便捷?！ ?.2數(shù)字水準儀的測量原理 數(shù)字水準儀采用相關(guān)法進行測量和讀數(shù)，該水準儀有兩個視準軸，一是光視準軸，它由光學分劃板十字絲中心和望遠鏡物鏡的光心構(gòu)成，另一個是電視準軸，它是由線陣CCD器件上中點附近的一個像素和望遠鏡物鏡光心構(gòu)成。光視準軸用于照準和調(diào)焦，電視準軸用于讀數(shù)。數(shù)字水準儀的望遠鏡照準編碼標尺，通過所發(fā)射出的紅外光線進行自動測量，在測量過程中，標尺條碼一方面被望遠鏡物鏡組成像在光學分劃板
4、上，供目視觀察，另一方面通過光學分劃板前的分光鏡，把標尺條形碼成像在線陣CCD器件的光敏面上，供電子讀數(shù)。儀器自身存儲的標尺的條紋碼能作為參照信號，儀器的線譯碼器捕獲儀器視場內(nèi)的標尺影像作為測量信號，然后與儀器的參照信號進行比較，就獲得視線高度和水平距離?！ ?數(shù)字水準儀的誤差分析 數(shù)字水準儀測量精度是由條形碼本身及其數(shù)字化和離散化產(chǎn)生的背景噪聲所決定的。光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量，補償器的精度，以及視軸穩(wěn)定性等因素也都會影響測量精度。由數(shù)字水準儀的結(jié)構(gòu)和測量原理，可返現(xiàn)影響測量精度的誤差包括以下幾個方面?！ ?.1光學和機
5、械部件引起的誤差 數(shù)字水準儀是光學機械設(shè)備和電子設(shè)備相結(jié)合的產(chǎn)物，具有與傳統(tǒng)水準儀相同的光學和機械結(jié)構(gòu)，因此數(shù)字水準儀光學和機械部件本身引起的誤差與光學水準儀相同。主要表現(xiàn)為：圓水準器誤差；調(diào)焦透鏡運行誤差；豎軸傾斜引起的視軸的誤差?！ ?.2自動補償器的誤差 數(shù)字水準儀的補償器與自動安平水準儀的原理相同，結(jié)構(gòu)和工藝上略有不同，它是由重力擺和阻尼器構(gòu)成。數(shù)字水準儀的自動補償器誤差包括：補償器的安平精度；剩余補償誤差；遲滯影響；地磁影響?！ ?.3電子設(shè)備引起的誤差 數(shù)字水準儀是根據(jù)條碼影像在探測器上的位置和比例進
6、行測量的。線陣CCD器件的物理特性決定其在光線過強、過弱、以及條碼標尺表面光照部均勻、觀測瞬間強光閃、外界熱閃爍等情況，都會降低標尺成像的對比度，從而產(chǎn)生測量誤差。因為光線過強時，線陣CCD會出現(xiàn)飽和，條碼影像灰度值會發(fā)生不同的變化而不相等，儀器對標尺條碼無法辨認，就會引起測量誤差，甚至無法讀數(shù)；光線過弱，就相當于標尺被遮擋，自然會產(chǎn)生誤差。對電子設(shè)備工作的原理進行分析，可知電子設(shè)備引起的誤差主要包括以下幾個方面：（1）線陣CCD器件的物理特性引起的誤差；（2）標尺遮擋引起的條碼信息丟失；（3）調(diào)焦的準確性引起的圖像分
7、辨力誤差；（4）標尺傾斜引起的圖像變形；（5）外界條件的變化引起的影像誤差；（6）條碼標尺上偽隨條碼寬度的精度引起的誤差；（7）條碼標尺上的條碼在使用中受損造成的影像誤差；（8）電子設(shè)備對測量信號處理、分析時的誤差；（9）水準儀內(nèi)置軟件的算法和技術(shù)誤差。 2.4電視軸i角的誤差 電視軸i角的誤差對水準測量的影響在理論上與光學【摘要】介紹數(shù)字水準儀的基本結(jié)構(gòu)及測量原理，分析和論述數(shù)字水準儀在測量上產(chǎn)生的誤差?！ 娟P(guān)鍵詞】數(shù)字水準儀測量誤差 自第一臺數(shù)字水準儀問世以來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字水準儀經(jīng)不斷地改進，其
8、觀測精度有了很大的提高。數(shù)字水準儀具有光學水準儀無可比擬的優(yōu)點，與光學水準儀相比，它具有測量速度快、操作簡單、讀數(shù)客觀、不存在誤讀或誤記等人為誤差，自動記錄存儲測量數(shù)據(jù)，容易實現(xiàn)水準測量內(nèi)外業(yè)一體化等諸多優(yōu)點，數(shù)字水準儀是代替?zhèn)鹘y(tǒng)光學水準儀的理想產(chǎn)品。作為數(shù)字水準儀，在實際野外觀測工作中，也存在著測量方面的誤差，由于數(shù)字水準儀的工
