数字水准仪在高等级控制网中的应用及精度分析

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摘要：介绍了数字水准仪的组成、原理及其特点。结合实际某在建工业园区的控制测量，对数字水准的精度及数据可靠性进行分析，最后介绍了数字水准仪的应用前景。

关键词：数字水准仪 精度分析 应用

中图分类号：P224.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0193-02

1 前言

数字水准仪面世之前，在进行高等级的控制测量时我们往往都是采用普通的光学水准仪获取高程数据，但是这种传统的方法外业强度大，速度慢。伴随测量仪器的发展将数字水准仪运用到高等级的水准测量已经成为可能。数字水准仪具备多种优点，如：数据自动存储、测量效率高省时省力、不须人工计算仪器就能自动计算出各项精度指标等优点，非常有效的减少了我们的外业的人力及物力，提高了观测的精度。但在实际生产中，数字水准仪并未得到普遍使用，我们此次研究的背景就是将数字水准仪应用在高等级的控制网网中，考察数字水准仪的精度及其数据的可靠性。

2 数字水准仪的原理

一个数字水准仪测量系统主要包括：光学望远镜、CCD传感器、A/D转换器、数据处理系统等。它比普通的光学水准仪最大的不同就是多了一个电子设备。数字水准仪的工作基本原理是当仪器照准铟瓦尺后，一部分光路直接在望远镜分化板上成像，供目视观测；另外一部分则通过分光镜折射到CCD传感器的像平面上，然后经过一些列的光电转化和模数转换输出的数字信号就被送到微处理器处理和存储，并与仪器内存的标准码进行比较，按照一定的方式进行对比就可以获取高度和水平距离的信息，并且最终在屏幕上将这些信息显示出来。

3 应用实例和精度分析

为了检验数字水准仪的精度是否能适用于高等级的控制网，本次研究我们结合一次实际作业中的水准测量为例。我们以江西某在建工业园区的施工区建立施工控制网为例，按照二等水准技术要求规范进行水准测量获取控制点的高程信息。我们设计的水准路线是采用闭合线路，路线总长度为5.8公里，使用的仪器为天宝DiNi12数字水准仪及其配套的水准尺一对。

我们本次测量选择的水准线路经过了一块施工场地和另外一段沙地。我们在经过施工场地时，发现里面有大量的重型打桩机在进行施工，走在路面能感觉地面有轻微的晃动，因此我们选择在早上和傍晚打桩机停止工作时进行施工区域的水准作业，以减小外业环境对测量结果的影响。而在另外一段经过沙地的线路上我们发现在架设好仪器和标尺时容易产生下沉，这样对我们的测量成果有很大影响，因此根据现场的情况，我们在进行测量时要把脚架和尺垫都踩实同时我们的观测人员要快速地完成作业。由于上述两个区域对仪器的影响较大，我们实际作业时往往要反复观测好几次才能达到规范的要求。我们本次测量总共用时两天，完成外业后将该控制网水准测量的精度整理出来，见表1所示。

从表1中可以看出，我们此次水准测量的各项指标均满足规范要求，整个环形闭合网的闭合差为2.14mm，低于《国家二等水准测量规范》所规定的限差±9.7mm；每千米高差的偶然中误差为±0.37mm，小于《国家二等水准测量规范》所规定±1.0mm的要求。综上可以看出我们的测量成果完全满足二等水准测量规范。

此次我们的水准测量是按照二等水准技术进行施测的，其结果也能满足二等水准规范，接着我们按照国家一等水准测量的精度指标来计算该次测量的各项限差，以探讨是否也能满足一等水准测量规范。如若按照二等水准施测规范都能满足一等水准的精度，那数字水准仪也必能应用在一等水准测量中。

通过计算我们首先计算线路的环闭合差。将线路长度代入一等水准测量的环闭合差公式，计算结果为5.3mm，而我们此次水准测量的环闭合差是2.14mm，符合一等水准网规定的闭合差。同样我们将各项数据代入一等水准计算的公式，发现我们往返不符值与每公里高差偶然中误差均满足一等水准规范所规定的的限差。这说明数字水准仪完全能在一等水准测量中进行使用。

4 结语

在本次实验中我们是依照《工程测量》二等水准规范要进行施测的，同时我们设计的水准线路经过了两个观测环境较差的区域，但最后我们测量结果的各项指标均低于《国家一等水准测量规范》的要求，因此我们认为天宝DiNi12数字水准仪完全能适用于高精度的工程测量以及国家一等水准网的测量。

数字水准仪的自动测量技术可以有效的防止人为读数误差，测量过程简洁迅速，测量成果准确可靠节省人力，大大提高了工作效率。并且在我们此次的研究中能够体现，将数字水准仪运用在高等级的控制测量中具有精度高、观测成果可靠、能够轻易实现水准测量中内外业一体化，方便资料获取的及时性。所以数字水准仪应在工程测量和国家水准网测量方面广泛的推广使用，将具有较好的应用前景。

参考文献

[1]薄志鹏，刘国辉，王泽民.数字水准仪评述[J].测绘通报，1996（2）：30-35.

[2]GB/T 12897—2006国家一、二等水准测量规范[S].2006.

[3]GB 50026—2007工程测量规范[S].2007.

[4]天宝仪器公司.DiNi11/12电子水准仪使用手册[S].2000.