《电子水准仪》ppt课件

1、丈量工程与配备系丈量工程与配备系: : 范范 百百 兴兴20212021年年1212月月1414日日5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪 1987 1987年，徕卡推出了世界上第一台数字水准仪年，徕卡推出了世界上第一台数字水准仪NA2000NA2000，开场了水准丈量的自动化，开场了水准丈量的自动化, ,主要数字水准仪主要数字水准仪及其原理如下及其原理如下: :1 1、相关法威特、相关法威特NA2000NA2000，Leica NA03/10Leica NA03/102 2、几何法蔡司、几何法蔡司DINI10/20DINI10/203 3、相位法、相位法 ( (拓普康拓普康DL101C/102

2、C)DL101C/102C)4 4、相关法、相关法2 2索佳索佳SDL30SDL30 国产数字水准仪能够会在今后两年内诞生国产数字水准仪能够会在今后两年内诞生. .一、数字水准仪产品NA2000世界第一1990Sokkia SDL302002Leica DNA03/101994Topcon DL-101/102Trimble DiNi12/DiNi22Topcon DL-1035.4 5.4 电子水准仪电子水准仪主要特点主要特点: 0.3mm / 0.7mm/km PCMCIA 数据存贮数据存贮 (DiNi12) 或在线数据存贮或在线数据存贮(DiNi22) 静态的静态的 30cm电子视场电子

3、视场 补偿器置平精度补偿器置平精度 0.2 / 0.5 放大倍率放大倍率 32x / 26x主要卖点主要卖点: 字母与数字键盘字母与数字键盘 线路平差线路平差 精度精度 0.3 mm 视场视场 = 30cm缺陷缺陷: 笨大笨大 较小的显示窗较小的显示窗 (4x21字符字符) 稍有点重稍有点重 较老式较老式 无圆水准器的照明无圆水准器的照明 无规范电池的概念无规范电池的概念 用用Trimble仪器的仪器的PCMCIA卡才干丈量卡才干丈量5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪主要特点主要特点: 0.6mm / 1.0mm/km 内部数据存贮内部数据存贮 (2000个点个点) 120的电子视场的电子视

4、场 补偿器置平精度补偿器置平精度 0.3 放大倍率放大倍率 32x主要卖点主要卖点: 放大倍率放大倍率 丈量时间短丈量时间短 1.0 mm精度精度 120的视场的视场 价钱低价钱低缺陷缺陷: 按键少按键少 无字母数字键盘无字母数字键盘 显示少显示少4x21个字符个字符) 比较大比较大 无圆水准器照明无圆水准器照明 无规范电池概念无规范电池概念 只需内存只需内存/RS232 做一等水准差点做一等水准差点5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪主要特点主要特点: 0.4mm / 1.0mm/km PCMCIA 卡数据存贮和内部数据存贮卡数据存贮和内部数据存贮 120的电子视场的电子视场 补偿器置平精度

5、补偿器置平精度 0.3 / 0.5 放大倍率放大倍率 32x / 30 x主要卖点主要卖点: 字母数字输入字母数字输入 5m 标尺标尺 内存和内存和 PCMCIA卡卡 120的视场角的视场角 缺陷缺陷: 显示窗小显示窗小 (2x8字符字符) 卡槽位于电池仓后卡槽位于电池仓后 无圆水准器照明无圆水准器照明 无规范电池概念无规范电池概念 内存小内存小(51KB)、PCMCIA( 256KB) 卡存贮才干小卡存贮才干小5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪主要特点主要特点: 1.8mm/km RS232C 接口数据输出接口数据输出 130的电子视场的电子视场 补偿器置平精度补偿器置平精度 5 放大倍率

6、放大倍率 26x 主要卖点主要卖点: 较强的防雨功能较强的防雨功能 耗电少耗电少 分量轻分量轻 丈量时间短丈量时间短 (2秒秒)缺陷缺陷: 样子笨样子笨 显示窗小显示窗小 (128x32象素象素) 运用特征少运用特征少 无圆水准器照明无圆水准器照明 丈量间隔近丈量间隔近 (2-60m)5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪双侧无限位双侧无限位微动螺旋微动螺旋钻石般的圆水准器钻石般的圆水准器(有照明有照明)带有概略瞄准器带有概略瞄准器的固定提把的固定提把低耗能电池低耗能电池字母数字字母数字键盘键盘RS232接口接口PCMCIA 卡卡优秀的光学系统优秀的光学系统可定制的显示屏可定制的显示屏5.4 5

7、.4 电子水准仪电子水准仪中轴位置中轴位置的丈量按钮的丈量按钮分别的分别的 DATA 和和 ESC 键键分别的开关键分别的开关键 独立的独立的的定位键的定位键内存内存:6000 丈量点或丈量点或1650个测站的前后视个测站的前后视出色的出色的设计和外型设计和外型宽大的宽大的LC显示屏显示屏可变的数据可变的数据输出格式输出格式5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪DNA系列数字水准仪原理系列数字水准仪原理物镜物镜调焦发送器调焦发送器补偿器补偿器补偿器监视补偿器监视CCD探测器探测器分划板分划板分光镜分光镜目镜目镜调焦透镜调焦透镜5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪一、相关法数字水准仪一、相关法数字

8、水准仪 水准标尺为伪随机条水准标尺为伪随机条码，该条码图象已被存储码，该条码图象已被存储在数字水准仪中作为参考在数字水准仪中作为参考信号。在条码标尺上，最信号。在条码标尺上，最窄的条码宽为窄的条码宽为2.025mm2.025mm，称，称为根本码宽。在标尺上共为根本码宽。在标尺上共有有20002000个根本码，不同数个根本码，不同数量的同颜色的根本码相连量的同颜色的根本码相连在一同，就构成了宽窄不在一同，就构成了宽窄不同的码条。同的码条。 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪 丈量信号与参考信号进展比丈量信号与参考信号进展比较的过程为相关过程较的过程为相关过程. . 先与标尺底部对齐，发现不一先

9、与标尺底部对齐，发现不一样，然后往上挪动一个步距根样，然后往上挪动一个步距根本码宽本码宽 再比较，直到两码一样为止，再比较，直到两码一样为止，也就是最正确相关位置时，也就是最正确相关位置时， 读读数就可以确定。数就可以确定。 经过挪动一个根本码宽来得到经过挪动一个根本码宽来得到粗读数。然后再上下选取一定范粗读数。然后再上下选取一定范围，减少步距，进展精相关，就围，减少步距，进展精相关，就可以得到足够精度的读数。可以得到足够精度的读数。 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪 二维相关法二维相关法 以一定步距改动仪器内部参考信号的以一定步距改动仪器内部参考信号的“宽宽 窄与窄与CCDCCD采集到的

10、丈量信号相比较采集到的丈量信号相比较 假设没有一样的两信号，假设没有一样的两信号， 那么再改动那么再改动 ，再，再 进展一维相关，进展一维相关， 直到信号一样为止。直到信号一样为止。 “宽窄一样的两信号相比较是求视野高宽窄一样的两信号相比较是求视野高 的过程，的过程， 一维是视距，一维是视距， 另一维是视野高另一维是视野高 二维相关之后视距就可以准确算出。二维相关之后视距就可以准确算出。 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪相关法标尺及相关原理4由于标尺到仪器的间隔不同，条码在探测器上成像的“宽窄也将不同，丈量信号片段条码的“宽窄会变化，引起相关困难。徕卡数字水准仪采用二维相关法，以一定步距改

11、动仪器内部参考信号的“宽窄与CCD采集到的丈量信号相比较，假设没有一样的两信号， 那么再改动 ，再进展一维相关， 直到信号一样为止。参考信号的“宽窄与视距是对应的。“宽窄一样的两信号相比较是求视野高的过程，在此二维相关中， 一维是视距， 另一维是视野高，二维相关之后视距就可以准确算出。 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪 可以想象从原始参考信号一步一步缩放比较的相关的计算量会很大， 使读数时间过长。为了缩短读数时间，徕卡数字水准仪内部设计有调焦挪动量传感器采集调焦镜的挪动量，由此可以反算出概略视距，初步可以确定物像比例。 对仪器内部的参考信号的“宽窄进展缩放，使其接近探测器采集到的丈量信号的

12、“宽窄，然后再进展二维相关。这样可以减少的相关计算量使读数时间缩短到秒以内。 调焦挪动传感器调焦挪动传感器5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪 伪随机码简介伪随机码简介 伪随机码属于二进制码，它的构造可以预伪随机码属于二进制码，它的构造可以预先确定，并且可以反复产生和复制，另一方先确定，并且可以反复产生和复制，另一方面它还具有随机特性，即统计特性。这种码面它还具有随机特性，即统计特性。这种码用在数字水准仪中具有可以在用在数字水准仪中具有可以在1.8100m1.8100m间隔间隔内运用相关法的特点。内运用相关法的特点。 标尺上的白码条或黄码条在标尺上的白码条或黄码条在CCDCCD器件上产器件上产

13、生光电流，在电路上为高电平，我们用二进生光电流，在电路上为高电平，我们用二进制的制的“1 1表示，相反黑码条用表示，相反黑码条用“0 0表示。从表示。从条码标尺上丈量得到的徕卡仪器的参考码序条码标尺上丈量得到的徕卡仪器的参考码序列为：列为：P=110100011011111011111000111011101P=110100011011111011111000111011101000000100100110100000010010011015.4 5.4 电子水准仪电子水准仪蔡司蔡司Dini 10/205.4 5.4 电子水准仪电子水准仪二、几何法数字水准仪二、几何法数字水准仪2、几何法条码标

14、尺系列的标尺每划分为一个丈量间距，其中的码条构成一个码词，每个丈量间距的边境由黑白过渡线构成，其下边境到标尺底部的高度，可由该丈量间距中的码词判读出来，就象区格式标尺上的注记一样I系列丈量时，只利用中丝的上下两边各cm的标尺截距，也就是个丈量间距来计算视距和视野高。 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪2、几何法丈量原理图中Gi为某丈量间距的下边境，Gi+1为上边境，它们在CD行阵上的成像为Bi及Bi+1。它们到光轴中丝的间隔分别用用i及i+1表示。上象素的宽度是己知的，这两间隔在C上所占象素的个数可以由输出的信号得知，因此可以算出i和i+1，也就是说i和i+1是计算视距和视野高的己知数。i和

15、i+1在光轴之上方为负值，在光轴之下方取正值。假设在标尺上看，那么是在光轴之上为正, 反之为负。 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪几何法丈量原理为丈量间距长cm，用第个丈量间距来丈量时，那么物象比 i=g /bi+1bi 视野高读数为： Hi=g(Ci+l/2)-A(bi+1+bi)/2 i 是第个丈量间距从标尺底部数起的序号，可由所属码词判读出来 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪几何法丈量原理为了提高丈量精度，系列取个丈量间距平均来计算，也就是取标尺上中丝上下各的范围，即个丈量间距取平均来计算。 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪3、相位法光路表示图标尺的条码像经望远镜、物镜、调焦

16、镜、补偿器标尺的条码像经望远镜、物镜、调焦镜、补偿器的光学零件和分光镜后，分成两路：的光学零件和分光镜后，分成两路： 一路成像在线阵上，用于进展光电转换；一路成像在线阵上，用于进展光电转换； 另一路成像在分划板上，供目视观测。另一路成像在分划板上，供目视观测。 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪三、拓普康数字水准仪的相位法三、拓普康数字水准仪的相位法相位法标尺编码有三种不同的码条：表示参考码，其中有三条mm宽的黑色码条，每两条黑色码条之间是一条1mm宽的黄色码条，以中间的黑码条的中心线为准，每隔mm就有一组码条反复出现。在每组码条左边mm处有一道黑色的码条。在每组一参考码的右边1mm为一道黑

17、色的码条。每组码条两边的和码条的宽窄不一样。实践上 和 码条的宽度是在1到 mm之间变化，这两种码包含了水准丈量时的高度信息。其中码条的周期为600mm，码条的周期为570 mm RRBBBAAP10mm5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪相位法标尺编码在标尺长度方向上就构成了亮暗强度按正弦规律周期变化的亮度波。在图中条码的上面画出了波形。纵坐标表示黑条码的宽度，横坐标是标尺的长度。实线为码的亮度波，虚线为码的亮度波。由于和两条码变化的周期不同，也可以说和亮度波的波长不同，在标尺长度方向上的每一位置上两亮度波的相位差也不同。这种相位差就好象传统水准标尺上的分划，可由它标出标尺的长度。只需能测出

18、标尺某处的相位差，也就可以知道该处到标尺底部的高度，由于相位差可以做到和标尺长度一一对应，即具有单值性，这也是适中选择两亮度波的波长的缘由。在L-101C中，码的周期为，码的周期为，它们的最小公倍数为，因此在长的标尺上不会有一样的相位差。为了确保标尺低端面，或说相位差分划的端点相位差具有独一性，和码的相位在此错开了。 600mm570mmRA码B码5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪相位法信号分析人工处置丈量信号是很费事的，而且很费时间。在系列中采用快速傅里叶变换计算方法将丈量信号在信号分析器中分解成三个频率分量。由和B两信号的相位求相位差，即得到视野高读数。这只是粗读数，由于视距不同时，标尺上的波长与丈量信号波长的比例不同。虽然在同一视距上和的波长比例一样，可以求出相位差，或说是视野高，但是可以想象其精度并不高。 5.4 5.4 电子水准仪电子水准仪相位法信号分析码是为了提高读数精度和求视距而安排的。设两组码之间的间距为P30 mm, 它在行阵上成像所占象素的个数为，象素宽为b25m,