數(shù)字水準(zhǔn)儀的應(yīng)用研究

摘要：水準(zhǔn)儀作為測量高程差的儀器，在建筑、采礦以及地震預(yù)警等多種領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，數(shù)字水準(zhǔn)儀因?yàn)椤?shù)字水準(zhǔn)儀因?yàn)槠錅y量的精確度達(dá)到了一定程度而具有較高的使用價(jià)值。本文首先分析了數(shù)字水準(zhǔn)儀的工作原理，然后討論了其具體的操作方法和注意事項(xiàng)，最后分析了其優(yōu)缺點(diǎn)并對其今后的發(fā)展方向進(jìn)行了相關(guān)探頭。希望本文能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作者提供一些參考信息。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；水準(zhǔn)儀；應(yīng)用

中圖分類號： P204 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0000-00

礦山礦物開采和建筑工程地質(zhì)測量以及地震預(yù)測報(bào)警等多個(gè)領(lǐng)域中都會(huì)應(yīng)用到水準(zhǔn)儀，礦藏開采力度的加大與建筑行業(yè)繁榮發(fā)展以及四川地震頻發(fā)等諸多現(xiàn)實(shí)都對水準(zhǔn)儀的測量的精確度提出了更高的要求，數(shù)字水準(zhǔn)儀是人們對科技進(jìn)一步追求的產(chǎn)物，同時(shí)也體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)對于各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的重要影響。作為現(xiàn)階段最先進(jìn)的水準(zhǔn)儀其由于價(jià)格昂貴還沒能夠在相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域中廣泛使用，因此應(yīng)用該儀器的實(shí)踐者比較少，所以要對數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行深入的研究以擴(kuò)大其生產(chǎn)制造規(guī)模和實(shí)際應(yīng)用范圍，從而使得科學(xué)技術(shù)能夠服務(wù)于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，尤其是地震預(yù)測和建筑地質(zhì)測量領(lǐng)域當(dāng)中，高層建筑地測和地震報(bào)警關(guān)系到生命安危，因此一定要將數(shù)字水準(zhǔn)儀普及到這些領(lǐng)域中。

1數(shù)字水準(zhǔn)儀工作原理

1）基本結(jié)構(gòu)

數(shù)字水準(zhǔn)儀基本構(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)焦編碼器和數(shù)據(jù)處理軟件等等，標(biāo)尺采用條形碼供電子測量使用。

2）工作原理

采用編碼標(biāo)尺，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，另一方面通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，標(biāo)尺條碼又被成像在光電傳感器（CCD）上，隨后轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)整形后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)（A/D），從而輸出數(shù)字信號送入微處理器進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，并將其與內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)碼按一定的方式進(jìn)行比較，即可獲得編碼標(biāo)尺的讀數(shù)。

2操作方法及注意事項(xiàng)

第一步是打開配置菜單中的“限差”選項(xiàng)并進(jìn)行極值設(shè)置，即最大值和最小值的設(shè)置，一般情況下視距高度的最大值與最小值是依據(jù)水準(zhǔn)測量的具體需要進(jìn)行設(shè)置的，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)表明通常情況下視距高的最大值一般設(shè)定在2.7米且最小值設(shè)定在0.3米。極值設(shè)定完畢后設(shè)置最大限差和單站前后視距差以及水準(zhǔn)線路前后的視距高等相關(guān)參數(shù)。當(dāng)所有重要參數(shù)都設(shè)置完畢之后選擇儀器設(shè)置選項(xiàng)并在該選項(xiàng)下進(jìn)行單位、日期和時(shí)間等常規(guī)信息設(shè)定。最后在記錄設(shè)置選項(xiàng)中選擇“點(diǎn)號添加”選項(xiàng)建立新的文件。

第二步是對文件進(jìn)行信息備注。先打開文件菜單，然后選擇“新建項(xiàng)目”并在該菜單中鍵入測量項(xiàng)目的名稱、測量操作員姓名以及相關(guān)的備注信息等等。

第三步是打開測量菜單，點(diǎn)擊“水準(zhǔn)線路”選項(xiàng)并建立一個(gè)新的線路且給線路命名，接著根據(jù)實(shí)際的測量需要選擇相應(yīng)的測量模式，測量模式有“后前”“后前前后”“后前后前”“后后前前”“前后后前”總計(jì)五種。測量模式選擇完畢后即可開始測量工作，在測量的過程中如果測量精確度出現(xiàn)問題儀器則會(huì)自動(dòng)還原初始狀態(tài)自動(dòng)重新開始測量。數(shù)字水準(zhǔn)儀的這個(gè)智能化優(yōu)點(diǎn)能夠確保測量的準(zhǔn)確度，同時(shí)降低操作員的重復(fù)勞動(dòng)強(qiáng)度。

在操作的時(shí)候要注意以下三點(diǎn)，首先在啟動(dòng)機(jī)器之前要對水準(zhǔn)儀進(jìn)行校準(zhǔn)，具體的做法是通過焦螺旋進(jìn)行調(diào)節(jié)使得水準(zhǔn)儀的氣泡置于中間位置，校準(zhǔn)合格之后再開機(jī)進(jìn)行水準(zhǔn)儀自檢。第二是關(guān)于目鏡的調(diào)焦和物鏡的對光要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)焦時(shí)要注意達(dá)到“十字”清晰，并且要讓“十字”與條紋編碼標(biāo)準(zhǔn)完全重合，通常改環(huán)節(jié)是通過水平螺旋的調(diào)節(jié)來完成的。第三，信息數(shù)據(jù)的記錄要提前設(shè)置好，如果不需要每次記錄都手動(dòng)按鍵記錄，一定要將其調(diào)至到“測量與記錄”的模式下進(jìn)行自動(dòng)記錄。

3提高精度的方法

在數(shù)字水準(zhǔn)儀應(yīng)用的過程中，通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)在以下六個(gè)細(xì)節(jié)方面注意有利于進(jìn)一步提高測量的準(zhǔn)確性和精確度。一是要保證在觀測行為開始之前用傘等物品遮擋陽光避免環(huán)境溫度過高導(dǎo)致環(huán)境與儀器的溫度差過大，從而保證儀器與環(huán)境溫度基本相同以提高測量準(zhǔn)確度。二是在相同觀測站進(jìn)行觀測的時(shí)候切忌兩次調(diào)整焦距且要保證前視距和后視距數(shù)值相同。三是在每個(gè)側(cè)段上要進(jìn)行往返測量，因此每個(gè)測量段上應(yīng)該有兩個(gè)測量站。四是要防止儀器周邊磁場干擾儀器正常工作，盡管輸電線路等產(chǎn)生的磁場比較小，但是其磁場對數(shù)字水準(zhǔn)儀的平行電磁場和正交電磁場都有一定程度的影響，最強(qiáng)的磁場會(huì)導(dǎo)致水準(zhǔn)儀的補(bǔ)償器失效進(jìn)而造成測量誤差。五是測量標(biāo)尺一定要直立防止以保證測量結(jié)果的精確性，當(dāng)天氣風(fēng)力較大時(shí)要采用擴(kuò)大腳架跨度等方法來加強(qiáng)儀器的穩(wěn)定性以避免外力導(dǎo)致儀器振動(dòng)而干擾測量結(jié)果。六是要做好詳細(xì)的測量記錄，將觀測點(diǎn)的位置以及編號記錄清晰同時(shí)要將觀測信息記錄完整并且要繪制相關(guān)的示意圖。

4數(shù)字水準(zhǔn)儀優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

數(shù)字水準(zhǔn)儀在測量誤差和測量精準(zhǔn)水平以及測量速度上，同比其他水準(zhǔn)儀有明顯優(yōu)勢。首先其數(shù)字化的測試結(jié)果客觀、真實(shí)且非常直接，減小了測量誤差同時(shí)避免了記錄錯(cuò)誤；其次，數(shù)字水準(zhǔn)儀的測量精度已經(jīng)達(dá)到了國家二級測量精度要求；再次，其測量的速度非?？欤錅y量速率是一般水準(zhǔn)儀的1.3倍到1.5倍，所以其可以短時(shí)高效地采集測量數(shù)據(jù)，從而降低了野外作業(yè)人員的機(jī)械性工作強(qiáng)度。數(shù)字水準(zhǔn)儀的主要缺點(diǎn)是視距高度有限制范圍，并且只能對配套標(biāo)尺讀數(shù)且讀數(shù)不方便；其另一個(gè)缺點(diǎn)是其對于自然光的要求比較苛刻，當(dāng)亮度不符合要求時(shí)無法作業(yè)。

5結(jié)語

綜上所述，數(shù)字水準(zhǔn)儀在測量的精確性水平、測量誤差以及測量速度上都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，并且其可以實(shí)現(xiàn)測量作業(yè)的一體化模式，此外，數(shù)字測準(zhǔn)儀出現(xiàn)測量誤差還可以自動(dòng)恢復(fù)初始狀態(tài)進(jìn)行重新測量，這就大幅度地降低了操作人員的機(jī)械性操作強(qiáng)度。數(shù)字測準(zhǔn)儀的以上優(yōu)點(diǎn)都決定了其有廣泛的發(fā)展空間，所以加大對其的研究具有重要的意義。根據(jù)其應(yīng)用中的不足可以將其接下來的研究方向定位在改變補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)以增加其對強(qiáng)電磁波的抗干擾性，增加其配合使用的標(biāo)尺的種類，通過提高儀器CCD技術(shù)以降低其作業(yè)對亮度的要求，此外，需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整其市場售價(jià)以擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]郭艷婷.數(shù)字水準(zhǔn)儀電子i角對測量結(jié)果的影響及檢定[J].河南科技.2012（02）

[2]劉定.數(shù)字水準(zhǔn)儀在工程觀測中的應(yīng)用研究[J].中華民居（下旬刊）.2013（02）