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電子水準(zhǔn)儀又叫數(shù)字水準(zhǔn)儀,由基座、水準(zhǔn)器、單遠(yuǎn)鏡及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成,電子水準(zhǔn)儀是以自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ),在望遠(yuǎn)鏡光路中增加了分光鏡和探測(cè)器(CCD)。并采用條紋編碼標(biāo)尺和圖像的處理電子系統(tǒng)而構(gòu)成的光機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品。
目錄
1963年Fennel廠研制出了編碼經(jīng)緯儀,加上20世紀(jì)40年代已經(jīng)出現(xiàn)的電磁波測(cè)距技術(shù)和光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和精密機(jī)械的發(fā)展,到80年代已開始普遍使用電子測(cè)角和電子測(cè)距技術(shù)。然而,到80年代末水準(zhǔn)測(cè)量還在使用傳統(tǒng)光學(xué)儀器。這是由于水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)標(biāo)尺不僅在空間上是分離的,而且兩者的距離可以從1m多變化到100m,因此,在技術(shù)上造成了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化讀數(shù)的困難。
為了現(xiàn)實(shí)水準(zhǔn)儀讀數(shù)的數(shù)字化,人們進(jìn)行了近30年的嘗試,如蔡司廠的RENl 002A已使測(cè)微器讀數(shù)能自動(dòng)完成,但粗讀數(shù)還需人工讀出并按鍵輸入,與精讀數(shù)一起存入存儲(chǔ)器,因此還算不上真正的電子水準(zhǔn)儀;又如利用激光掃乎儀和帶探測(cè)的水準(zhǔn)標(biāo)尺,可以使讀數(shù)由標(biāo)尺自動(dòng)記錄,由于這種試驗(yàn)結(jié)果還不能達(dá)到精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量的要求,因此也沒(méi)有解決水準(zhǔn)測(cè)量讀數(shù)自動(dòng)化的難題。
直到1990年威特廠首先研制出數(shù)字水準(zhǔn)儀NA2000。可以說(shuō),從1990年起,大地測(cè)量?jī)x器已經(jīng)完成了從精密光機(jī)儀器向光機(jī)電測(cè)一體化的高技術(shù)產(chǎn)品的過(guò)渡,攻克了大地測(cè)量?jī)x器中水準(zhǔn)儀數(shù)字化讀數(shù)的這一后難關(guān)。
到1994年蔡司廠研制出了電子水準(zhǔn)儀DiNi 10/20,同年拓普康廠也研制出了電子水準(zhǔn)儀DL-101/102,隨后拓普康廠又研制出帶PCMClA卡槽的DL-101C/102C,索佳(SOK-KIA)研制了新型數(shù)字水準(zhǔn)儀POWERLEVEL SDL 30。這意味著電子水準(zhǔn)儀也將普及,但就其精度與穩(wěn)定性電子水準(zhǔn)儀是否能與光學(xué)水準(zhǔn)儀相提并論,則有待實(shí)踐進(jìn)一步證明。GPS技術(shù)只能確定大地高,大地高換算成工程上實(shí)用的正高,還需要知道高程異常,確定高程異常還少不了精密水準(zhǔn)測(cè)量。這也是各廠家努力開發(fā)電子水準(zhǔn)儀的原因之一。
目前,電子水準(zhǔn)儀的照準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍需目視進(jìn)行。人工調(diào)試后,標(biāo)尺條碼一方面被成像在望遠(yuǎn)鏡分化板上,供目視觀測(cè),另一方面通過(guò)望遠(yuǎn)鏡的分光鏡,又被成像在光電傳感器(又稱探測(cè)器)上,供電子讀數(shù)。由于各廠家標(biāo)尺編碼的條碼圖案各不相同,因此條碼標(biāo)尺一般不能互通使用。當(dāng)使用傳統(tǒng)水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行測(cè)量時(shí),電子水準(zhǔn)儀也可以像普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀一樣使用,不過(guò)這時(shí)的測(cè)量精度低于電子測(cè)量的精度,特別是精密電子水準(zhǔn)儀,由于沒(méi)有光學(xué)測(cè)微器,當(dāng)成普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀使用時(shí),其精度更低。
電子讀數(shù)方法
當(dāng)前電子水準(zhǔn)儀采用了原理上相差較大的三種自動(dòng)電子讀數(shù)方法:
1)相關(guān)法(徠卡NA3002/3003);
2) 幾何法(蔡司DiNi10/20);
3) 相位法(拓普康DL101C/102C);
優(yōu)點(diǎn)
它與傳統(tǒng)儀器相比有以下特點(diǎn):
1)讀數(shù)客觀。*、誤記問(wèn)題,沒(méi)有人為讀數(shù)誤差。
2)精度高。 視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖象經(jīng)處理后取平均得出來(lái)的,因此削弱了標(biāo)尺分劃誤差的影響。多數(shù)儀器都有進(jìn)行多次讀數(shù)取平均的功能,可以削弱外界條件影響。不熟練的作業(yè)人員業(yè)也能進(jìn)行高精度測(cè)量。
3)速度快。由于省去了報(bào)數(shù)、聽記、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的時(shí)間以及人為出錯(cuò)的重測(cè)數(shù)量,測(cè)量時(shí)間與傳統(tǒng)儀器相比可以節(jié)省1/3左右。
4)效率高。只需調(diào)焦和按鍵就可以自動(dòng)讀數(shù),減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。視距還能自動(dòng)記錄,檢核,處理并能輸入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理,可實(shí)線內(nèi)外業(yè)一體化。
此儀器利用近代電子工程學(xué)原理由傳感器識(shí)別條形碼水準(zhǔn)尺上的條形碼分畫,經(jīng)信息轉(zhuǎn)換處理獲得觀測(cè)值,并以數(shù)字形式顯示在顯示窗口上或存儲(chǔ)在處理器內(nèi)。儀器的結(jié)構(gòu)如圖所示,儀器帶自動(dòng)安平補(bǔ)償器,補(bǔ)償范圍為±12'。與儀器配套的水準(zhǔn)尺為條紋編碼尺——玻璃纖維塑料或鋼尺。水準(zhǔn)標(biāo)尺為雙面分畫三段折接式,每段長(zhǎng)度為1.35m,標(biāo)尺總長(zhǎng)為4.05m,其分畫形式為條紋碼和厘米分畫。條紋碼分畫供電子水準(zhǔn)儀觀測(cè)時(shí)電子掃描用,標(biāo)尺另一面的厘米分畫可供光學(xué)水準(zhǔn)儀觀測(cè)時(shí)使用。
觀測(cè)時(shí),經(jīng)自動(dòng)調(diào)焦和自動(dòng)整平后,水準(zhǔn)尺條紋碼分畫影像映射到分光鏡上,并將它分為兩部分,一部分是可見(jiàn)光,通過(guò)十字絲和目鏡,供照準(zhǔn)用;另一部分是紅外光射向探測(cè)器,并將望遠(yuǎn)鏡接收到的光圖像信息轉(zhuǎn)換成電影像信號(hào),并傳輸給信息處理器,與機(jī)內(nèi)原有的關(guān)于水準(zhǔn)尺的條紋碼本源信息進(jìn)行相關(guān)處理,于是就得出水準(zhǔn)尺上水平視線處的讀數(shù)。
使用電子水準(zhǔn)儀測(cè)量既方便又準(zhǔn)確,實(shí)現(xiàn)了水準(zhǔn)測(cè)量自動(dòng)化。近幾年來(lái)徠卡公司又推出了更精密的數(shù)字水準(zhǔn)儀NA3000,其觀測(cè)精度更高。
作為一種新型的電子水準(zhǔn)儀,它改變了傳統(tǒng)的野外高差測(cè)量靠人工讀數(shù)和手工記錄的現(xiàn)實(shí)。電子水準(zhǔn)儀采用REC模塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和信息,將模塊插入水準(zhǔn)儀的插槽中,自動(dòng)記錄外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù),用GIF 10或GIF 12閱讀器讀取內(nèi)容并與外設(shè)(計(jì)算機(jī)、打印機(jī))進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
REC模塊存儲(chǔ)兩種類型的信息單元:測(cè)量模塊和信息模塊。測(cè)量模塊包括測(cè)過(guò)的數(shù)據(jù)和點(diǎn)數(shù),信息模塊包括外加的數(shù)據(jù)和手段。NA系列數(shù)字水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)式為GSI數(shù)據(jù)格式,數(shù)據(jù)按觀測(cè)順序以行形式記錄。一行由幾個(gè)數(shù)據(jù)段組成,每個(gè)數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度固定為16個(gè)字符,后一位為空格。
NA3003數(shù)字水準(zhǔn)儀測(cè)量模塊中每個(gè)數(shù)據(jù)行通常由2~6個(gè)數(shù)據(jù)段組成,每個(gè)數(shù)據(jù)行開始的個(gè)數(shù)據(jù)都存放數(shù)據(jù)行的編碼號(hào)和點(diǎn)號(hào),第二個(gè)數(shù)據(jù)段開始存放其它測(cè)量數(shù)據(jù)和信息。針對(duì)不同的測(cè)量程序、觀測(cè)方法、測(cè)量?jī)?nèi)容,數(shù)據(jù)行中的數(shù)據(jù)段有不同的組合,這由程序自行設(shè)定。
數(shù)據(jù)通訊是指將數(shù)據(jù)在不同設(shè)備之間進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程,計(jì)算機(jī)的通訊采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息轉(zhuǎn)換碼(ASCII碼)作為數(shù)據(jù)傳輸碼。通訊方式有串行通訊和并行通訊兩種。REC模塊通過(guò)GIF10閱讀器與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸就是采用串行通訊方式。因此,在數(shù)據(jù)通訊前除了用通訊電纜將GIF10閱讀器與計(jì)算機(jī)串行口連接之外,還需要對(duì)通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。只有雙方參數(shù)設(shè)置一致,數(shù)據(jù)通訊才能順利的進(jìn)行,微機(jī)的通訊參數(shù)是通過(guò)通訊程序來(lái)進(jìn)行設(shè)置。而GlF10閱讀器是通過(guò)COMM功能來(lái)設(shè)置,要進(jìn)行設(shè)置的通訊參數(shù)主要有以下幾個(gè)部分:
(1)波特率 以每秒傳送的位數(shù)表示數(shù)據(jù)傳送速度。一般設(shè)置為2400;
(2)奇偶性檢查 奇偶性檢查是一種檢驗(yàn)已傳送的數(shù)據(jù)是否正確接收的方法;
(3)協(xié)議(也叫回答方式) 由于有多個(gè)數(shù)據(jù)模塊需要傳輸,通常需要接收機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳送速度,它決定是否可以接收和處理更多的數(shù)據(jù);
(4)結(jié)束符 發(fā)送機(jī)可在每個(gè)數(shù)據(jù)末尾發(fā)送一個(gè)結(jié)束符,GIF10發(fā)送一個(gè)CD或CD/LF結(jié)束符標(biāo)記在數(shù)據(jù)、命令和信息的末尾,我們選擇CD作為結(jié)束符;
(5)停止位 由于采用串行通訊方式,其數(shù)據(jù)傳送將一位接一位順序傳送。因此停止位選擇1Bit:
(6)連接 一個(gè)RS232接口使用兩條數(shù)據(jù)線,一條用于發(fā)送數(shù)據(jù)(TXD),一條用于接收數(shù)據(jù)(RXD)。這里有兩種情況,數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)或終端設(shè)備(DTE)重要的是GIF10數(shù)據(jù)輸出要連到計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)接收(RXD)。
1)安置儀器:電子水準(zhǔn)儀的安置同光學(xué)水準(zhǔn)儀。
2)整平:旋動(dòng)腳螺旋使圓水準(zhǔn)盒氣泡居中。
3)輸人測(cè)站參數(shù):輸入測(cè)站高程。
4)觀測(cè):將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)條紋水準(zhǔn)尺,按儀器上的測(cè)量鍵。
5)讀數(shù):直接從顯示窗中讀取高差和高程。此外,還可獲取距離等其它數(shù)據(jù)。
在使用電子水準(zhǔn)儀之前必須注意以下幾點(diǎn):
1)不要將鏡頭對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng),將儀器直接對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)會(huì)損傷觀測(cè)員眼睛及損壞儀器內(nèi)部電子元件。在太陽(yáng)較低或陽(yáng)光直接射向物鏡時(shí),應(yīng)用傘遮擋。
2)條紋編碼尺表面保持清潔,不能擦傷,儀器是通過(guò)讀取尺子黑白條紋來(lái)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的,如果尺子表面粘上灰塵、污垢或擦傷,會(huì)影Plan量精度或根本無(wú)法測(cè)量。
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