第３４卷第５期 Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．５ 企业技术开发 ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ２０１５年２月 Ｆｅｂ．２０１５ 二等闭合水准路线测量高差闭合差超限的原因分析 钟元华 （朔州职业技术学院，山西朔州０３６００２） 摘要：随着测绘技术的不断发展，电子水准仪在工程测量中的应用越来越广泛，极大地提高了测量精度和工作效率。这就要求 掌握电子水准仪的原理、性能和使用方法，能完成一定的测量工作任务，成为高技能应用型人才。文章分析和研究了练习二等闭 合水准路线测量高差闭合差超限的原因，提出了减小测量误差的方法和措，说明测量成果的精度不仅取决于仪器的性能，而且 更主要的是取决于测量的方法和外界条件的影响。 关键词：科力达ＤＬ２００７电子水准仪；二等闭合水准测量；高差闭合差；超限原因分析 中图分类号：Ｐ２２４．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１５）０５—００８８—０３ １电子水准仪的原理和特点 １．１电子水准仪的原理 电子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。基本工作原 理是当人工照准标尺并调焦后，条码标尺的像经分光镜，一路 表１ ＤＬ２００７电子水准仪的性能 仪器型号ＤＬ－２００７ 每公里往返测量标准差 季光学 读数 距离测量精度 电子读数 。２‘．０ ＩｌＩ Ｉｌ １．８ １０５ｍ １ｒａｍ／０．１ｍｍ ０．１／１（、ｍ Ｄ≤１０ｍ：１０ｒａｍ；Ｄ＞１０ｍ：Ｄ×０．００１ 测程 最小显示 测量时间 Ｑ－ｊ：读数 高差 距离 成像在分划板上，供目视观测；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。 一般条件下＜３ ｓ 放大倍率 分辨率 ３２Ｘ ３” １。２Ｏ’ １００ ０ 望远镜 视场角 视距乘常数 视距加常数１．２ 电子水准仪的特点 １．２．１ 电子水准仪的共同特点 类型 补偿器 补偿范围 补偿精度 内存 磁阻尼摆式补偿器 ＞±１２’ ０．３０”ｌ１ １６ ＭＢｂｉｔ，２ ０００点，２５６个文件 ①自动读数。观测值以数字显示，不存在观测员的判读错 误及人为读数误差；②精度高。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，可 以削弱外界条件影响。不熟练的作业人员业也能进行高精度测 量；③速度快。由于省去了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；④效率高。只需调焦 和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度；⑤自动存储：数据能 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 数据存储 圆水准器灵敏度自动断电 水平度盘 防水防尘 妻言 接口 外部存储 刻度值 递增 递Ｕ减ＳＢ 自定义 ＳＤ卡 ８＇／２ ｌｎＦｌｌ ５ｒａｉｎ／ＯＦＦ １。 １Ｐ５４ 显示器 带照明的１６０×６４点阵液品 内外业一体化。 １．２．２ ＤＬ２００７电子水准仪的特点和性能 ＤＬ２００７高精度电子水准仪是国产首台高精度数字水准 仪，高程测量精度达到０．７ ｍｍ／ｋｍ，全新设计，密封防尘、操作简 便、结构紧凑、外形美观，采用国际顶尖的水准仪补偿模式，关 键部件采用进口材料，并带温度补偿，在全温度范围内达到更 用。其主要性能见表１。 工作温度 尺寸 重量 －２０℃～５０ ２３０ｒａｍ（长）×Ｉ５０ｍｉｌｌ（宽）×２１０ｍｒｌｌ（高） ２．５ ｋｇ ①南方ＤＬ２００７电子水准仪：含木脚架１副、２ ＩＴＩ数码标尺１ 对、２个撑杆及２个尺垫（３ ｋｇ）。 ②５０ ｍ测绳（根据参赛队的要求配发）。 高的补偿精度。可用于国家二等水准测量及精密沉降观测等应 ２．２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。设Ａ 点为已知点，Ｂ、Ｃ、Ｄ为待求点。满足如下要求： ２二等闭合水准路线测量实例 ２，１二等水准测量仪器设备 根据竞赛要求，二等水准测量需配备以下仪器设备 ①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规定 见表２。 表２二等水准测量技术要求 视线长度／ｍ前后视距差，ｍ前后视距累积差／ｍ 视线高度／ｎ１ 两次读数所得高差之差／ｒａｍ数字水准仪重复测量次数测段、环线闭合差／ａｍ ｒ≥３且≤５Ｏ ≤１．５ ≤３．０ ≤１．８５且ｔ＞０．５５ ≤０．６ ≥２次 ≤ 注：Ｌ为路线的总长度，以ｋｍ为单位。 第３４卷第５期 钟元华：二等闭合水准路线测量高差闭合差超限的原因分析 表３二等水准外业观测手簿 后视距㈤前视距（ｍ） 中丝读数（ｍ） 方向及 测站 点号 第一次第二次 视距差（ｍ）∑ｄ（ｍ） 读数 读数 ８９ ②按照赛会规定，使用规定的３ ｋｇ尺垫，可以不使用撑杆， 也可以自带撑杆。 ③观测前３０ ｍｉｎ，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外 篙 备注 界温度一致，竞赛前还必须对数字水准仪进行预热测量，预热 测量不少于２０次。 ④竞赛采用手工记录及计算。 ⑤连续测站安置水准仪脚架时，应使其中两个脚与水准路 线的方向平行，第三只脚轮换置于前进方向的左侧或者右侧。 ⑥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。 ⑦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：后一前一前一后；偶数站 观测水准尺的顺序为：前一后一后一前。 ⑧同一标尺两次读数不设限差，两次读数所测高差之差应 满足表１．１规定。 ⑨现场完成高程误差配赋计算，不允许使用编程计算器。 ⑩水准路线闭合差应满足表１．１的限差要求。 ⑩高程误差配赋计算，高差取位Ｎｏ．００００１ ｍ，高程取位到 ０．００１ ｍ。 ２．３第一测段Ａ—Ｂ第一测站的观测步骤 ①安置水准仪。在后视点Ａ上竖立带尺撑的条码水准尺， 在第一测段的第一个转点上放好尺垫，然后将带尺撑的条码水 准尺竖立，使两个水准尺上的气泡居中。将三脚架在这两个水 准点连线的中点处打开，调整架头高度，并目估架头水平，然后 打开仪器箱，从箱中取出南方ＤＬ２００７电子水准仪并安置到三 脚架头上，旋紧脚架上的中心连接螺旋。 ②整平仪器。旋转三个角螺旋将圆水准器的气泡调整 居中。先将圆水准器放在适当位置，然后双手同时向内或向 外旋转角螺旋，使气泡向中间移动，气泡移动方向和左手大 拇指移动方向相同；然后再旋转第三个角螺旋使气泡居中。 这项工作要反复进行，直至仪器旋转到任何方向气泡都居 中为止。 ③照准与调焦。首先利用粗瞄器将望远镜照准后视点Ａ处 标尺，慢慢旋转目镜使十字丝影像最为清晰，再旋转调焦手轮 使标尺的影像最为清晰，转动水平微动螺旋使标尺的像在十字 丝竖丝的中心，同时注意消除视差。 ④开机。 ⑤设置。设置键用来对仪器的参数进行设置，如测量模 式选择Ｎ次测量，最小读数为精密０．１ ｍｍ，数据单位为米，数 据输出为内存等。 ⑥测量标尺读数和距离。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 次把数据记录到表格中。 ⑦计算一测站高差。根据水准测量原理，计算两次高差， 若其差值≤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＞Ｏ．６ ｍｍ，则重新安置仪器 测量。 ２．４第一测段Ａ—Ｂ数据记录表 二等水准外业观测手簿见表３。 ２．５ 闭合水准路线Ａ—Ｂ—Ｃ—Ｄ—Ａ测量数据分析 二等水准测量路线计算表见表４。 表４二等水准测量路线计算表 占幺 距离 实测 高差 改正 高程 各沣 铂 （ｍ） 高差（，ｍ） 改正数（ｍ）后高差（ｍ） ㈤ 苗仕 Ａ ２５３．２ ０．１２４６０ １００．０００已知 Ｂ ２４６．８ ０．１２３８４ ２４０．６ —０．１１１５６ １００８．１ ＋０．ｏ０５ １５ ∑ 路线闭合差限差 ｗ允＝±４％／Ｌｍｍ＝±４ ｘ／１．００８ｍｍ＝±４ｍｍ 计算校核路线闭合差ｗ＝＋５．１５ｍｍ，由于闭合差超限，无法进行后面 的计算。 注：高差取位Ｎ０．００００１ ｍ，高程取位Ｎｏ．００１ ｉｎ。 ３二等闭合水准路线高差闭合差超限原因分析 从表４可以看出，即使每测站观测成果有效，但整条闭合路 线测量结果显示高差闭合差还是超限了。在平时的大量练习 中，也经常出现这样的情况。究其原因，影响数字精密水准测量 的因素很多，主要误差有：仪器误差、操作者误差；客观环境误 差。另外，还有正确使用、保养和检查数字水准仪对水准测量的 影响。 ３．１仪器误差 ３．１．１水准仪的精度对精密水准测量成果的影响 水准仪仪器的观测精度，主要是由仪器的误差而引起的每 企业技术开发 公里水准测量往返测中数的中误差，表示仪器在测量中所能达 ２０１５年２月 ３Ｉ３外界环境的影响 ３．３．１光照及风力对水准测量成果的影响 到的精度。现有的数字水准仪的性能已非常优良，能满足精密 水准测量的精度要求。 因此，在观测前，只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、电子ｉ角等，掌握仪器的工作状态； 在观测过程中，测量作业、操作仪器严格按照《规范》要求，比如 对视距的选择、在照准同一测站前、后视尺时尽量避免调焦、每 一野外作业时，光照会造成仪器各部分受热不均使轴线关系 改变，对于采样范围内的亮度不均匀的条形码群体，会使曝光 时间失控，单次测量时间延长，影响测量精度，严重对会使测量 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，另外，给仪器打伞遮光等都是消除和减弱 其影响的好办法。 ３．３．２振动对水准测量成果的影响 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、在阳光下观测必须用伞遮住仪器等，就可以 减弱或消除水准仪的精度对精密水准测量成果的影响。 ３．１．２铟瓦水准标尺对精密水准测量成果的影响 为消除铟瓦水准标尺对水准测量成果的系统误差，作业 前，必须对水准标尺进行严格的检定。 国外研究结果表明，不恰当的检定方法可能获得错误的 改正数，会带来巨大的系差，因此国内目前需建立适合国情的 铟瓦水准标尺检定装置。而对于两水准标尺零点差的影响可 在实际水准测量作业过程中予以抵消，如将测段测站数安排成 偶数站，且在相邻测站上使两水准标尺轮流作为前视尺和后视 尺等。 ３．２观测误差 操作者对精密水准测量成果的影响主要表现在观ｌ测者的 置平质量、凋焦质量及立尺者标尺安置质量对测量的影响。 ３．２．１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”，不可盲目转动脚螺旋。 另外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。 ３．２．２调焦误差 对于调焦质量，数字水准仪也要求十字丝影像清晰、标尺 的像准确地聚集在ＣＣＤ传感器上，才能准确的反映测量值，否 则，调焦质量不高、成像不清晰，数字水准仪自动测量的数值也 是不准确的。观测者保证每站的仪器调焦质量，才可获得最佳 的测量精度。 ３．２．３水准尺倾斜误差 在水中测量读数时，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 居中或配套使用厂家提供的可调节升降尺撑，提高扶尺质量， 保证测量结果的准确性。 当条形码标尺上位于视线上下一定范围内的尺面被遮挡 后，ＣＣＤ传感器将因采样数据不足而产生不够精确的结果或无 法产生结果。所以在观测过程中，应尽量避免标尺被遮挡现象。 数字水准仪属于自动整平水准便，由于交通、机械、气流等 产生的振动，影响补偿器致使视准轴线不稳定和标尺不稳定。 数字水准仪对各种震动特别是地面震动非常敏感，当震动引起 的振幅较大时仪器单次采样时间就会大大增加，单站读数误差 增大从而降低测量精度。水准翟 线常是在交通繁忙公路上进 行，受车辆通过或空气抖动等强烈振动影响较大，致使这些测 段误差大。因此，在作业过程中，。除要选择稳定拍地方设站和立 尺外，还需给出仪器、立尺稳定时问，以减弱补偿器振动和空气 抖动的影响。 ３．３．３大气折光对水准测量成果的影响 精密路线测量时，大气折光对铡量精度的影响也是十分明 显的。一般视线离地面越近，光线的折射也就越大。观测时应根 据二等水准测量技术要求对视线高度的规定，以减小大气折光 的影响。 ４结语 数字水准仪优点显著，对标尺分划的自动测量技术，防止 了人为读数和传递误差，测量过程简捷迅速、测量数据准确可 靠，节省人力，大大提高了工作效率。但对于精密水准测量来 说。测量成果的精度不仅取决仪器的性能，而且更主要的是取 决于测量的方法和外界条件的影响。只有熟悉仪器的操作方 法，在操作过程中认真、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，并尽可能减小外界条件的影响，才会使 二等闭合水准路线高差闭合差在要求范围内，获得有效的 数据，提高测量精度。 参考文献 ［１］潘正风．数字测图原理与方法（第二版）［Ｍ］．武汉：武汉大学出版社， ２０１３． 【２］ＧＢ／Ｔ１２８９７－－２００６，国家一、二等水准测量规范 】． ［３］林君强．数字水准仪在二等水准测量应用的探讨田．闽西职业技术学 院学报，２０１０，（２）．
