钟元华

(朔州职业技术学院，山西 朔州 036002)

1 电子水准仪的原理

电子水准仪是在自动安平水准仪的基础上，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器(CCD)、并采用条码标尺和图像处理电子系统而构成的光机电测量一体化的高科技产品［1］。基本工作原理是当测量人员照准标尺并进行调焦后，条码标尺的像经分光镜，一路成像在分划板上，供目视观测［1］;一路成像在探测器上，经光电转换，输出的数字信号被送到微处理器进行处理和存储，并将其与仪器内存的标准码按一定方式进行比较，即可获得高度读数和水平距离［2］。

2 电子水准仪的特点

1)读数客观。由于观测值是自动显示在电子水准仪的屏幕上，所以不存在观测员的判读错误，消除了人为读数误差。

2)精度较高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图象经处理后取平均得出来的数值，因此削弱了标尺分划误差的影响［1］。电子水准仪都有多次读数取平均的功能，可以削弱外界条件的影响。对仪器操作不太熟练的测量人员也能进行高精度测量。

3)效率高。电子水准仪在使用时只需要进行调焦和按键就可以自动读数，所以大大减轻了劳动强度，提高了工作效率。

4)速度快。由于电子水准仪省去了人工读数以及人为出错的重测数量，测量时间与传统水准仪相比可以节省1/3左右［1］。

5)自动存储。电子水准仪可以对数据自动记录、检核、处理，并能从仪器中把数据输入电子计算机进行后处理，可实现内外业一体化［1］。

3 二等闭合水准路线测量实例分析

为了参加山西省2014 年第八届职业院校测绘测量技能大赛高职组(学生组)的比赛，我带领学生在校园里进行了多次二等闭合水准路线测量练习。

3.1 二等水准测量所用仪器和设备

根据竞赛要求，二等水准测量需配备以下仪器设备:

1)南方或科力达DL2007 电子水准仪:含木脚架1 副、2 m 数码标尺1 对、2 个撑杆及2 个尺垫(3 kg)［3］。

2)50 m 测绳(根据参赛队的要求配发)［3］。

3.2 观测与计算要求

每一条闭合水准路线由3 个待求点和1 个已知点组成［3］。设O 点为已知点，D、E、F 为待求点。观测和计算时满足以下要求:观测使用赛会规定的仪器设备，测站视线长度、前后视距差及其累计、视线高度和数字水准仪重复测量次数按表1 规定［3］。除路线转弯处，每一测站上仪器与前后视标尺应尽量接近一直线上。水准路线采用单程观测，每测段测站数为偶数，每测站两次高差，奇数站观测水准尺的顺序为:后-前-前-后;偶数站观测水准尺的顺序为:前-后-后-前。高程误差配赋计算，高差取位到0.000 01 m，高程取位到0.001 m［3］。

3.3 第一测段O-D 第一个测站的操作步骤

先在第一测站两水准点中间安置仪器，然后旋转三个脚螺旋使圆水准器气泡居中进行整平仪器。之后照准后视点上的水准尺并进行调焦。再开机，设置仪器的参数，选择标准测量模式的标准测量，按MEAS 键进行测量，当屏幕上显示标尺均值和视距均值时，把数据记录到记录表中。根据奇数站后前前后的观测顺序，依次把数据记录到记录表中。然后根据水准测量原理，计算两次高差。若其差值小于等于0.6 mm，则取其平均值作为这一测站高差;此时仪器搬站，进行下一站测量;若其差值大于0.6 mm，则重新安置仪器测量。

3.4 第一测段O-D 观测记录表(表2)

表2 二等水准外业观测手簿

3.5 闭合水准

路线O-D-E-F-O 高差配赋及高程计算表(表3)

表3 二等水准测量路线计算表

4 误差分析

4.1 水准仪的精度对二等水准测量成果的影响

目前的数字水准仪性能优良，能满足精密水准测量的精度要求。因此，在观测前，需要对数字水准仪进行严格的检校，如仪器的补偿性能、仪器分辨率、i 角等，使仪器达到最优工作状态［2］。观测过程中操作仪器严格按照《规范》要求，如对视距的选择、每一测站的后、前视距离之差和每一测段的后、前视距离之累计差规定一个限值、在照准同一测站前、后视尺时尽量避免调焦、在阳光下观测用伞遮住仪器等［1］，都可减弱或消除水准仪的精度对精密水准测量成果的影响。

4.2 整平仪器误差

在整平过程中，要遵循左手拇指规则:“左手拇指旋转脚螺旋的运动方向，就是气泡移动的方向”，不能盲目转动脚螺旋。还要注意仪器转到任何方向，气泡都要居中。这样才能提高测量结果的准确性。

4.3 调焦误差

数字水准仪要求十字丝影像清晰、标尺的像准确地聚集在CCD 传感器上，才能准确地反映测量值［2］，观测时要保证每站的调焦质量，才可获得最佳的测量精度。

4.4 水准尺倾斜误差

在水准测量读数时，若水准尺在视线方向前后倾斜，会造成水准尺读数总会偏大，所以立尺者要确保尺上的圆水准气泡居中或使用可调节升降尺撑，提高扶尺质量，保证测量结果的准确性。

4.5 光照风力的影响

测量过程中，光照会使仪器受热不均使轴线关系改变，影响测量精度，严重时会使测量中断。风大时会使仪器抖动、不易整平等都会引起误差。所以要选择好的天气测量，还要给仪器打伞遮光。

4.6 振动对测量成果的影响

水准路线常是在交通繁忙公路上布设，受车辆通过或空气抖动等强烈振动影响较大，数字水准仪对各种震动特别是地面震动非常敏感，因此这些测段误差大。在操作过程中，要选择稳定的地方设站和立尺，还要给出仪器、立尺稳定时间，以减弱补偿器振动和空气抖动的影响［2］。

5 结论

电子水准仪在精密水准测量中的应用，使测量过程简捷迅速、测量数据准确可靠，节省了人力、时间，提高了工作效率。测量成果的精度不仅取决仪器的性能，更主要的是取决于测量的方法和外界条件的影响。在操作过程中要认真、仔细，严格执行二等水准测量技术要求和测量规范中的规定，熟悉仪器的操作方法，并尽可能减小外界条件的影响，才会使二等水准测量获得有效数据，提高测量精度。

［1］潘正风，程效军，成枢，等.数字测图原理与方法［M］.第2 版.武汉:武汉大学出版社，2013.

［2］林君强.数字水准仪在二等水准测量应用的探讨［J］.闽西职业技术学院学报，2010，12(2):116－120.

［3］山西水利职业技术学院.2014 山西省第八届职业院校技能大赛(高职学生组)工程测量赛项技术规程［OL］.http://course.baidu.com，2014－05.