【正文】 同樣，該結(jié)果反過來也說明了試驗方法是穩(wěn)定的。視距（m）方法一結(jié)果（簡化公式）（mm）方法二結(jié)果（mm）31530不同視距試驗中的兩次讀數(shù)較差在每次檢定過程中，我們對同一檢定點進(jìn)行兩次讀數(shù)， 3m視距時讀數(shù)較差沿標(biāo)尺的分布(第一次檢定結(jié)果)從該圖可以看出，較差沿標(biāo)尺分布比較均勻，沒有變大或變小的趨勢，沒有較大的粗差，說明在不同的標(biāo)尺位置，儀器的內(nèi)符合精度是比較穩(wěn)定的。按照上文所述的實驗方案，我們在實驗室中進(jìn)行了一系列實際檢定試驗。(2)視距分別取15m, 30m，步距均取l0cm，按相同的辦法重復(fù)試驗。若該電子水準(zhǔn)儀有兩根配套標(biāo)尺，則按相同的方法對該標(biāo)尺進(jìn)行系統(tǒng)檢定。在每個檢定點停穩(wěn)后，記錄水準(zhǔn)儀讀數(shù)兩次，兩個讀數(shù)相比較可以確認(rèn)讀數(shù)無粗差，其較差可用于估算水準(zhǔn)儀讀數(shù)的重復(fù)精度?？紤]到標(biāo)尺圓水準(zhǔn)氣泡的靈敏度為839。（2）電子水準(zhǔn)儀的準(zhǔn)備:試驗前，對水準(zhǔn)儀的圓氣泡進(jìn)行精確校正，按照廠家的要求校正視準(zhǔn)軸，設(shè)置到儀器的最高讀數(shù)精度()，并且在試驗前8小時將儀器及其標(biāo)尺放到恒溫檢定室中，以保證儀器與檢定環(huán)境溫度一致。光照強(qiáng)度不夠?qū)?dǎo)致電子水準(zhǔn)儀CCD圖象識別的誤差。檢定方案的步驟安排檢定環(huán)境的準(zhǔn)備在實驗室中利用雙頻激光千涉儀對電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行系統(tǒng)精度的檢驗，其精度必然受到外界試驗條件的影響，為了獲得較高的檢定可信度，必須將影響精度的外界因素降低到最小。對于標(biāo)尺來說，要檢驗 200OC時的膨脹系數(shù)和平均尺度改正。只有廠家或其指定的實驗室才有必要進(jìn)行定型測試的工作。D) (2倍中誤差)。在進(jìn)行系統(tǒng)精度測試前，利用有效的調(diào)整手段和方法，將各項指標(biāo)調(diào)整到限差范圍內(nèi)，使測量檢定系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。（3）導(dǎo)軌接縫間隙≤。機(jī)械系統(tǒng)調(diào)整調(diào)整機(jī)械系統(tǒng)的目的是為了保證測量運動具有測量所要求的精度和運動平穩(wěn)性。激光器接通電源后，將穩(wěn)頻開關(guān)切換為開環(huán)狀態(tài)，預(yù)熱1520分鐘，再切換為閉環(huán)狀態(tài)。因此，就要求雙頻激光測量系統(tǒng)經(jīng)過精確調(diào)整，其測量誤差要足夠小，對于水準(zhǔn)儀檢定試驗而言可以達(dá)到忽略不計，這樣才符合我們的前提假定條件，才能客觀地反映水準(zhǔn)儀的系統(tǒng)精度。導(dǎo)軌兩端各有一個限位開關(guān)，當(dāng)標(biāo)尺運行至極端時，限位開關(guān)使移動導(dǎo)軌的滑塊自動斷電而停止運行。圓柱鋼直線導(dǎo)軌具有非常緊湊的結(jié)構(gòu)。:計算機(jī)通過執(zhí)行程序來控制測量運動系統(tǒng)的工作及測量數(shù)據(jù)的記錄，激光頭是整個測量系統(tǒng)的核心部件，系統(tǒng)的穩(wěn)定和精度主要由此保證，它主要由激光器、分光鏡、參考鏡組件等組成。 因為雙頻激光測距的精度非常高，可以認(rèn)為此測量方法所得的誤差是真誤差(可溯源)，它包括了標(biāo)尺誤差，i角誤差，調(diào)焦誤差，CCD的測量誤差，計算誤差等，因此最后處理結(jié)果可認(rèn)為是電子水準(zhǔn)儀的綜合誤差。水準(zhǔn)尺的上下移動經(jīng)過轉(zhuǎn)向后，可以將其位移量直接反映到雙頻激光干涉儀上。Δ?。其計算公式為 （）其中的符號由可移動棱鏡的運動方向而定。其余從光頭中射出，進(jìn)入由偏振分光鏡PBS固定角錐棱鏡M1和可移動角錐棱鏡M2組成的邁克爾遜干涉系統(tǒng)。由于是調(diào)頻方式的干涉信號，避免了直流信號固有的漂移缺點，信號穩(wěn)定，信噪比高，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。 目前國外對于電子水準(zhǔn)儀系統(tǒng)精度的檢驗的研究進(jìn)行了試驗，并取得了一定的成績。當(dāng)然，理想的情況是標(biāo)尺移動的步距越短越好，但這必然會增加檢定所需要的時間。長視距時，在測量過程中由于補(bǔ)償器和機(jī)械振動等原因引起的視線變化影響大，更容易檢測到。視距和步距的設(shè)計1)視距的設(shè)計在檢定過程中，應(yīng)選擇一個短視距。從以上原理我們也可看出，這是一種適用于各種電子水準(zhǔn)儀的通用的方法。 以C作為參數(shù)，觀測值可看作為等權(quán)觀測值，而激光讀數(shù)可看作沒有誤差的真值，則按照最小二乘原理可得: （）觀測值的中誤差為： （）可由上式得出方法一考察的是電子水準(zhǔn)儀測得的標(biāo)尺移動量同真值的差，比較直觀，容易理解，計算方便，但其只是抽取了觀測值的部分信息，即相鄰兩觀測值的差，導(dǎo)致有效觀測信息的丟失。根據(jù)真誤差向量△及其相關(guān)陣，可得到觀測中誤差=，其中。在標(biāo)尺上方有一與水平線成45o的平面鏡，水準(zhǔn)儀通過該平面鏡可實現(xiàn)對水平標(biāo)尺的讀數(shù)。由于受試驗條件所限，本文中采用的是標(biāo)尺水平放置的辦法，其示意圖見圖34所示。這種方法比較符合水準(zhǔn)測量的實際情況，但是設(shè)備造價高，對檢定室的要求也高，目前國內(nèi)還沒有采用這種方法進(jìn)行電子水準(zhǔn)儀的系統(tǒng)精度檢定。但如前面所說到的，當(dāng)代錮瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺的制造工藝己經(jīng)比較先進(jìn)了，標(biāo)尺的放置狀態(tài)對標(biāo)尺形狀的影響很小，該影響完全可以忽略。這兩種方法是根據(jù)試驗條件選取的。同一時期，Heister, Maurer, Schnadelbach等人也采用各自的辦法對電子水準(zhǔn)儀的系統(tǒng)精度進(jìn)行了測試，并提出了一些系統(tǒng)精度檢定的建議。 實際上對具體的水準(zhǔn)測量來說，電子水準(zhǔn)儀是同條碼標(biāo)尺作為一個整體配合使用的，而且不同儀器的條碼標(biāo)尺是不可以互換的，因此研究電子水準(zhǔn)儀及其條碼標(biāo)尺的綜合精度檢驗方法才有其實際的意義。 完整的電子水準(zhǔn)儀測量系統(tǒng)由幾個基本元素組成:首先是編碼標(biāo)尺。我們已解決了兩家用戶DiNi10電子水準(zhǔn)儀i角值超限的這一疑難問題，用戶感到十分滿意!系統(tǒng)精度，是指在良好的測量條件下，電子水準(zhǔn)儀一編碼標(biāo)尺測量系統(tǒng)在高度方向上測量值的可靠程度，它是反映水準(zhǔn)儀及其配套標(biāo)尺綜合精度的一個重要指標(biāo)。 那么，如何校正電子水準(zhǔn)儀光電系統(tǒng)i角呢?從儀器光電系統(tǒng)光路中，改變CCD探側(cè)器參考點位置或改變補(bǔ)償器出射主光軸方向，才能改變光電系統(tǒng)i角。(2)利用儀器提供i角檢測程序，選擇一種方法進(jìn)行i角測定。(2) 采用四種不同方法時，水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺之間的相對位置不同。 Kukkamaki method Japanese method四種方法的對比分析四種方法的共性 (1)四種方法的基本原理相同，都是立兩個水準(zhǔn)尺，把水準(zhǔn)儀不僅安置在兩個水準(zhǔn)尺的中間處，而目安置在距兩個水準(zhǔn)尺的距離不同的地方，所以所測得的兩個立尺點之間的高差會受到i角的影響，這樣一來，就可以利用儀器的兩個不同位置所測得的兩個立尺點之間的高差的不同，求出i角的大小。 Forster method Nabauer method 3)Kukkanaki method(庫卡馬可法) m處設(shè)兩根標(biāo)尺(A,B)，首先從位于兩標(biāo)尺連線的中問的測站(1)在兩標(biāo)尺上讀數(shù)。四種方法的外業(yè)設(shè)置如下()。但在實際測量中，由于地形和丈量等客觀條件的限制，不可能完全遵守前后視距相等的原則因此對水準(zhǔn)測量特別是精密水準(zhǔn)測量，儀器i角的大小和穩(wěn)定性是保證水準(zhǔn)測量精度的一個重要條件。 第三點:系統(tǒng)分辨力的檢定是將編碼標(biāo)尺安置在水平雙頻激光干涉儀上，通過控制雙頻激光干涉儀，其位移值由雙頻激光干涉儀測定并視為真值，在標(biāo)尺的每個移動位置讀數(shù)10次，標(biāo)尺共移動100次，總移動量為2mm。對電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行分項檢定，大多數(shù)項目同光學(xué)自動安平水準(zhǔn)儀相同，可參照自動安平水準(zhǔn)儀的檢定方法和限差指標(biāo)進(jìn)行。由于這些誤差對觀測值的影響程度很難確定(隨觀測儀器的類型、觀測人員和觀測條件的不同而不同，變化較大)，只能通過制定電子水準(zhǔn)儀作業(yè)規(guī)范加以限制和改善，而在制定儀器檢定規(guī)程時，鑒于此類誤差的不確定性和室內(nèi)檢定的條件，作者認(rèn)為應(yīng)不列入檢定項目之中。常規(guī)檢定可以參照現(xiàn)行光學(xué)水準(zhǔn)儀的檢定方法進(jìn)行。國外對電子水準(zhǔn)儀的研究結(jié)果表明，有些儀器讀數(shù)存在周期誤差，如Wild NA2000在視距15 mm,波長為2 mm的周期誤差。電子水準(zhǔn)儀不同于光學(xué)水準(zhǔn)儀，觀測中測量的不是標(biāo)尺上的單個分劃，標(biāo)尺分劃誤差對觀測讀數(shù)的影響是成像在CCD探測器上的所有分劃線的分劃誤差的平均值，加上當(dāng)前先進(jìn)的制造加工工藝和過程確保了標(biāo)尺編碼分劃線的誤差很小，因此標(biāo)尺分劃誤差對電子水準(zhǔn)儀測量的影響遠(yuǎn)比光學(xué)水準(zhǔn)儀小的多。(1)尺底面缺陷尺底面缺陷包括零點誤差、尺底面不平和尺底面與尺的軸線不垂直等。但是，還存在電子i角的殘余誤差，影響電子水準(zhǔn)儀測量結(jié)果的，正是這部分誤差。由于環(huán)境溫度、機(jī)械振動(如儀器搬站等)、望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦和磁場(包括地球磁場和外部電磁場)會引起i角變化。補(bǔ)償器誤差分為補(bǔ)償器安置誤差和補(bǔ)償器滯后誤差。/2mm(拓普康)的圓水準(zhǔn)器，長時間的使用、運輸或溫度變化，都會使氣泡偏離其正確位置而產(chǎn)生漂移，致使儀器豎軸傾斜，無法建立正確的水平視線。1539。在一般情況下，光學(xué)水準(zhǔn)儀的檢驗是將儀器和標(biāo)尺分開進(jìn)行的，電子水準(zhǔn)儀則應(yīng)當(dāng)與其配套的水準(zhǔn)標(biāo)尺一起進(jìn)行檢驗。第三章 電子水準(zhǔn)儀的誤差電子水準(zhǔn)儀依據(jù)圖像識別的原理，將編碼尺的圖像信息與己存貯的參考信息進(jìn)行比較，從而獲得高程信息。同時，蔡司的電子水準(zhǔn)儀具有標(biāo)尺非對稱截距測量功能。各廠家的電子水準(zhǔn)儀在設(shè)計時也考慮到了這一點，因此在儀器出廠時都給出了此項性能指標(biāo)。而徠卡和拓普康的電子水準(zhǔn)儀是利用視場中的每個條碼的中心線讀數(shù)，因此條碼成像質(zhì)量對讀數(shù)沒有多大影響，但是條碼成像模糊時，儀器會通過延長圖像處理時間來獲得讀數(shù)。另外，對標(biāo)尺像的背景色也有一定的要求，當(dāng)標(biāo)尺背景為紅色(如紅色墻等)或接近探測器的工作色譜時，則電子讀數(shù)將遇到困難，作業(yè)時應(yīng)加以注意。但由于三種儀器的讀數(shù)原理不同，受折光差的影響大小也不同，蔡司儀器受折光差的影響要小于其它兩種儀器。2)技術(shù)指標(biāo)的差別:各廠家的電子水準(zhǔn)儀由于設(shè)計思路不同，采用的原理不同，導(dǎo)致在技術(shù)指標(biāo)上存在一些差別，如測量時間不同，對標(biāo)尺條碼截取的范圍不同，計算方法不同等。此外，周圍環(huán)境的磁場強(qiáng)度、通視程度等因素都會影響電子水準(zhǔn)儀測量。由于電子水準(zhǔn)儀只能對其配套標(biāo)尺進(jìn)行照準(zhǔn)讀數(shù)，而在有些部門的應(yīng)用中，使用自制的標(biāo)尺，甚至是普通的鋼板尺，只要有刻劃線，光學(xué)水準(zhǔn)儀就能讀數(shù)，而電子水準(zhǔn)儀則無法工作。測量數(shù)據(jù)能自動采集、檢核、處理。由于只需整置儀器圓氣泡居中后即可進(jìn)行測量(補(bǔ)償器已經(jīng)開始工作)，而且電子水準(zhǔn)儀沒有測微器，省去了一次照準(zhǔn)兩次測微器符合進(jìn)行重復(fù)測量，測量時間與傳統(tǒng)儀器相比至少可以節(jié)省1/3左右。視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖像經(jīng)過處理后取平均得出來的，因此削弱了標(biāo)尺分劃誤差的影響。采用普通標(biāo)尺時，又可象一般自動安平水準(zhǔn)儀一樣使用。177。177。177。特性指標(biāo)徠卡DNAO3蔡司DINI12拓?fù)淇礑L101C索佳SDL30M尼康A(chǔ)P7高程測量精度(1公里往返測中誤差)電子讀數(shù)光學(xué)讀數(shù)電子讀數(shù)光學(xué)讀數(shù)電子讀數(shù)光學(xué)讀數(shù)電子讀數(shù)光學(xué)讀數(shù)電子讀數(shù)測程范圍 60m玻璃鋼尺 110m錮瓦尺 100m折疊條碼尺 100m錮瓦尺2 60m玻璃鋼尺2 100m錮瓦尺6 100m玻璃鋼尺6 100m玻璃鋼尺 100m最小顯示測量時間3秒3秒4秒3秒4秒放大倍率24X32X32X32X28X補(bǔ)償范圍177。就三種使用載碼調(diào)制的原理而言，幾何法必須增加細(xì)條紋碼克服近距離時信息密度過低的缺陷，RAB原理和葉氏原理只需增加調(diào)制級數(shù)就可以輕易解決近距離時信息密度低的問題。比較這5種原理可以看出，除前邊提到的粗測、精測、精粗銜接這些大體過程存在相同以外，所有電子水準(zhǔn)原理的精測原理其實也是基本相同的，都要涉及電子中絲和所截獲條碼圖象中的某種信息的相位(位置)關(guān)系，都要涉及望遠(yuǎn)鏡成像的二角形幾何比例關(guān)系的應(yīng)用。5)葉氏原理葉氏原理是武漢大學(xué)發(fā)明并實現(xiàn)的數(shù)字電子原理，已經(jīng)應(yīng)用于博飛DAL系列和蘇光EL系列電子電子儀中。之所以要使用第二粗測值，是因為第一粗測值的精度很容易超出精測R碼的波長，將第一粗測值和精測值直接銜接將容易出現(xiàn)整周期的R碼粗差。3)相位法相位法原理的基本特征是利用標(biāo)尺條碼圖象信號中的兒個不同周期碼的波譜的相位差來實現(xiàn)粗測，算法是快速傅里葉變換，其運算量也不小?？梢钥闯?，相關(guān)法和幾何法的命名角度本身是不一致的，前者是粗測特征，后者是精測特征。但若減少碼元寬度顧及近距離又對遠(yuǎn)距離的圖象分辨不利。圖中反映了載碼遇0碼元則反相遇1碼元則同相的編碼規(guī)則。2)幾何法幾何法的解碼原理區(qū)別于相關(guān)法的地方是通過載碼的引人減少了標(biāo)尺上黑自條紋寬度的種類，并使得圖象信號中可以恢復(fù)出載碼的周期波譜，從而實現(xiàn)了準(zhǔn)確的碼元坐標(biāo)定位繼而實現(xiàn)快速的“碼詞”(和相關(guān)法中的條碼片段概念類似)讀取，解決了相關(guān)法的測量速度慢的問題。為解決測量速度慢的問題，早期的Leica儀器在望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦旋鈕上安裝傳感器以實現(xiàn)視距(物象比)的粗略測量以縮小相關(guān)算法的搜索范圍，也有儀器則采用面陣光電傳感器通過測量標(biāo)尺條碼的橫向長度來實現(xiàn)視距(物象比)的粗略測量以縮小相關(guān)算法的搜索范圍。由于是直接進(jìn)行相關(guān)搜索運算，所以標(biāo)尺的編碼直接以偽隨機(jī)碼進(jìn)行黑自二進(jìn)制編碼。精粗銜接—根據(jù)精測值和粗測值求得電子中絲在標(biāo)尺上的位置—即測量結(jié)果。另外，除上述編碼環(huán)節(jié)存在共同性外，解碼環(huán)節(jié)也還是有共同性的可以斷定，所有的電子水準(zhǔn)原理的解碼過程都存在粗測、精測和精粗銜接這些步驟過程。利用調(diào)焦螺旋調(diào)焦時的位置，就得到儀尺間的概略距離，從而在概略距離附近搜索，以減少搜索范圍，使相關(guān)計算工作量節(jié)省80 %。進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)處理時，要同時優(yōu)化水準(zhǔn)儀視線在標(biāo)尺上的讀數(shù)h和儀尺間距離d兩個參數(shù)。它與儀器中內(nèi)存的參考信號(已知代碼)按相關(guān)方法進(jìn)行比對，使測量信號移動以達(dá)到兩信號最佳符合，從而獲得標(biāo)尺讀數(shù)和視距讀數(shù)[10]。顯然，相位差條碼是很有規(guī)律的條碼，便于設(shè)計和探測。其最小公倍數(shù)為330cm,這樣安置可使3米長的標(biāo)尺中，各處