数字水准仪在高程控制测量中的应用

1、数字水准仪在高程控制测量中的应用上海达华测绘公司 张伟摘要：介绍徕卡数字水准仪DNA03的主要技术特点及在控制测量中的应用。关键词：数字水准仪；高程控制；应用众所周知，水准测量就是利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺进行读数，测定地面上两点间的高差，从而由已知点高程推求未知点的高程。传统的水准仪是以人工读取、记录测量数据，开展工作一般要求4名作业人员。而对于不同等级的水准观测，为了得到有效的测量成果，都有相关的技术要求，例如：最大视线长度、前后视距差、附合或环线闭合差、往返测互差等。如果哪一项指标超出规范的要求就必须局部或整体重测，这样势必增加了外业工作量。基于以上的问题，为了提高水准测量

2、效率，我公司2003年引进了一套数字水准仪，经过上海周边沿海围垦工程的高程控制测量应用，取得良好效果，并积累了一定的经验。数字水准仪是在传统水准仪的基础技术上设计而成的，它具有用户界面和数据输出模式。这种具有补偿器的自动水准仪既能够使用编码标尺进行自动测量，又能使用普通水准标尺按照光学原理测量。数据可先存储在仪器内存，在作业完成之后再备份到数据存贮卡中。本文将以徕卡数字水准仪DNA03为例来概述数字水准仪的工作原理、特点、应用等。1、 测量原理数字水准仪的基本原理与传统光学仪器有相同之处,但在获取数据及处理上的工作原理上与传统光学仪器就有明显不同。通常而言,数字水准仪配有相应的编码标尺，标尺的

3、条纹码作为参照信号存在仪器内部。测量时，线译码器捕获仪器视场内的标尺影象作为测量信号，然后与仪器的参考信号进行比较，就获得视线高度和水平距离。2、 仪器性能及技术参数2.1 DNA03数字水准仪主要特点（1）大显示屏，汉化菜单，字符键盘，可水平微动，使用组合电池。（2）带有磁阻尼补偿器，机载程序，数据存贮到内存，数据备份到PCMCIA卡。（3）可使用标尺进行简便测量和读取距离。（4）可进行线路水准测量和面水准测量。（5）可测量和放样碎部点高程、高差和距离（6）可进行测角误差和自动地球曲率改正。（7）用计算机进行在线操作。2.2 DNA03数字水准仪主要技术参数（1）在高程测量中，每公里往返测量

4、标准偏差（ISO17123-2）：电子测量 ：铟瓦标尺 0.3mm、标准标尺1.0mm光学测量 ：2.0mm（2）在距离测量中，标准偏差 5mm/10m电子测距范围：标尺长度3m 1.8m-110m推荐的3m铟瓦标尺 1.8m-60m标尺长度=2.7m 1.8m-100m标尺长度=1.82m/2m 1.8m-60m最短标尺距离（光学观测） 0.6m（3）水准仪灵敏度圆水准器 8/2mm 补偿器用电子跟踪的磁阻尼摆补偿器 ±10居中精度标准偏差 0.3 （4）液晶屏幕显示，可显示 8行， 每行24个字符，144×64象素。 （5）主机内存可记录约6000个测量成果，或大约16

5、50测站的观测成果。3、 数字水淮仪在高程控制测量中应用数字水准仪的高程测量工作方式也与于常规水准仪的工作方式相似，但在各个操作便捷程度、测量质量控制能力和整体工作效率上都有相当大的提升。下面以“南汇东滩促淤圈围工程”中的应用为例,进一步介绍这型号数字水准仪的工作性能。3.1 实测情况简介 此次实测目的是在一条长约2km大堤的距离范围内布设两个高程控制点，按水运工程测量规范JTJ 203-2001要求的三等水准要求，采用单点闭合水准路线方式施测。仪器使用DNA03数字水准仪，3名作业人员，天气晴朗，温度34Cº。3.2 作业前准备3.2.1 DNA03数字水准仪校检一般在野外工作之前

6、，首先要检校视线的i角误差，其次是检校仪器的圆水准器和标尺水准器。对于i角误差检校则可采用这套数字水准仪提供两种检校方法，“A×B×”法和“A××B”法（A和B是标尺位置，×是仪器位置）。根据需要选择检测方法，每种方法均可按照仪器设定好的操作步骤来做，操作完毕仪器将计算出i角值，存贮到系统信息的i角改正一项中，这样仪器将对每个标尺读数中自动进行i角改正。至于视线误差i角计算公式如下，供参考：i = arctg(A1-B1+B2-A2)/(d1-d2+d3-d4).（1）式中：A1、B1、B2、A2为标尺高度；d1、d2、d3、d4 为 相对于标

7、尺高度的距离。 这次实测采用第二种方法检测，结果i角误差有5.5，将其存贮起来以备后用。至于水准气泡的校正采用的方式和传统常规方式相同，这里不在重复述说。3.2.2 作业参数设置 这里的参数设置是针对于这次实际应用的，也就是布设高程控制点的应用，但可作为其他的使用方式的参考。 首先，要进入快速设置中，打开Earthcurv（地球曲率改正）这一功能，这样实测的时候就不用担心曲率改正问题了，因为它的改正是自动的，但在观测距离小于1.8m的情况下，DNA03不能用电子测量方法的，那只有人工根据仪器安置考虑地球曲率改正了。地球曲率改正的公式为：E = X2 / (2R)（2）式中：X = 测量的距离R

8、 = 6378000m（地球半径） 另外要根据需要设定好Decimal（小数位）和测量模式。测量模式有单次（Single）测量、取平均值（Mean）、取中间值（Middle）和平均值S（Mean S）这四个选项。前三项比较容易接受，但第四项就要说明一下了。该项就是从最少的观测次数起，仪器自动检测观测数据平均值的标准偏差是否满足设定的标准偏差。若平均值的标准偏差小于或等于标准偏差限差，则测量结束。否则，测量继续到设定的最多测量次数。同时，通过删除粗差，检查标准偏差是否合限。也就相当于每得一个观测结果就检测一次，保证测量数据的质量。其次，开始测量程序中的参数设置。这次实测是布设高程控制点，所以要选

9、择线路测量程序。该程序包括设置作业、设置线路和设置限差三个过程。设置作业，这一项就如同记事本，记录任务名、操作者等信息；在设置线路这项目中，参数设置是十分重要了。先要明确线路的名称，对于同一个作业不得有相同的名称；再规定观测方法，以三等水准测量为例则要选择“BFFB” 即后前前后双观测法；然后告诉仪器观测起始点号和起始点高程；最后确定哪个是前标尺、哪个是后标尺。这些做法似乎比常规光学仪器要烦琐一些,但却是十分重要的，因为各项规定是保证数据可靠性的前提,使观测质量更高，数据更可靠，DNA03数字水准仪还设置了可以检查限差功能，只要测量成果超过限差，就显示一条信息，而且允许立即重新测量。为此，就这

10、个参数的设置功能简单说明如下：DistBal： “距离差”=后视距离和前视距离的差值，即累积视距差。MaxDist： 最长允许距离即对于一站。StafLow： 最低视线高度。B-B/F-F： 同一标尺两次读数的最大差值。根据水运工程测量规范JTJ 203-2001对三等水准测量的要求各项分别设为：DistBal： 6mMaxDist： 75mStafLow： 0.3mB-B/F-F： 2mm例如，徕卡标准设置：19200，8，无，CR/LF，1。3.3 外业实测进入测区现场，须按照设定好的方法观测，数字水准仪会检测每次测量操作过程和结果，如有方法不一，超限等的问题，它会告知是否要重测的。为了一

11、次性完成这次布控，每次观测还是按仪器的提示操作的，要重测就重测。到闭合线路观测结束将数据备份到中，结束外业观测。3.4 内业处理 用计算机直接读取PCMCIA卡的数据，其格式如表1：表1 数据格式表 410001+?.2110002+0000DH-083.6+00056018110003+0000DH-032.6+00598591331.06+00014302110004+0000000232.6+00619175332.06+00012624110005+0000000232.6+00619164336.06+00012625110006+0000DH-032.6+00598681335.0

12、6+00014301110007+00000002571.06+00000002572.06+00000002573.6-00020534574.6+0121780583.06+00057694观测次数累加视距读数中丝读数平均视距差前后尺平均视距和高程 可以明显看出这些数据规律,但采用手工计算相当不方便，所以就依靠徕卡公司为这套设备编写的专用结算程序。在运算后可得出以下两组计算成果表。表2 计算成果表 点号高程(m)中误差(m)固定DH05.6018Y15.773340.00039N25.772010.00039N35.740870.00039N45.696290.00039N55.71481

13、0.00038N 表3 计算成果表 序号点串闭合差(m)限差(m)长度(km)1DH0-1-DH0( 1- 2)00.003380.121-2-1( 3- 4)0.00010.005590.2从表2可以看出水准路线上的每个测点的高程和性质，再加上表3线路分析结果，点和线作业成果就都有了。由于数据较多,所以只摘取了部分数据来说明数据的内容。这次最终各控制点高程测量成果统计见表4表4 各控制点高程测量成果统计表 点号距离（m）高差（m）高差改正数（m）改正后高差（m）高程（m）DH-0955.60.09850.00100.09955.6018DH5.7013130.8-0.05010.0001-0.0500DHBM5.65131085.9-0.05070.0012-0.0495DH-05.60182172.3-0.00230.00230.0h=h=-2.3mm h容=±12R ±17.7mm 看到这样的结果说明这次高程控制测量成果符合规范要求