1、电 子 水 准 仪 简 介1990 年 3 月 徕 卡 （ Leica） 公 司 推 出 世 界 上 第 一 台 数 字 水 准 仪 NA 2000， 它 是 由Gachter， Braunecker， Muller 博 士 和 P.Gold 组 成 的 研 究 组 研 制 成 功 的 。 他 们 在 NA 2000 上 首 次 采 用 数 字图 像 技 术 处 理 标 尺 影 像 ， 并 以 行 阵 传 感 器 取 代 观 测 员 的 肉 眼 获 得 成 功 。 这 种 传 感 器 可 以 识 别 水 准 标 尺 上 的 条 码 分 划 ，并 采 用 相 关 技 术 处 理 信 号 模 型
2、， 自 动 显 示 与 记 录 标 尺 读 数 和 视 距 ， 从 而 实 现 观 测 自 动 化 。 目 前 已 经 有 瑞 士 、 德 国 和 日本 三 个 国 家 在 生 产 电 子 水 准 仪 了 。一 、 电 子 水 准 仪 的 特 点 及 工 作 原 理1、 电 子 水 准 仪 的 特 点电 子 水 准 仪 和 传 统 水 准 仪 相 比 较 ， 其 相 同 点 是 ： 电 子 水 准 仪 具 有 与 传 统 水 准 仪 基 本 相 同 的 光 学 、 机 械 和 补 偿 器 结构 ； 光 学 系 统 也 是 沿 用 光 学 水 准 仪 的 ； 水 准 标 尺 一 面 具 有 用
3、于 电 子 读 数 的 条 码 ， 另 一 面 具 有 传 统 水 准 标 尺 的 E 型 分 划 ；既 可 用 于 电 子 水 准 测 量 ， 也 可 用 于 传 统 水 准 测 量 ， 摩 托 化 测 量 ， 形 变 监 测 和 适 当 的 工 业 测 量 。 其 不 同 点 是 ： 传 统 水 准仪 用 人 眼 观 测 ， 电 子 水 准 仪 用 光 电 传 感 器 （ CCD 行 阵 ） （ 即 探 测 镜 ） 代 替 人 眼 ； 电 子 水 准 仪 与 其 相 应 条 码 水 准 标尺 配 用 。 仪 器 内 装 有 图 像 识 别 器 ； 采 用 数 字 图 像 处 理 技 术 ，
4、 这 些 都 是 传 统 水 准 仪 所 没 有 的 ； 同 一 根 编 码 标 尺 上 的 条 码宽 度 不 同 ， 各 型 电 子 水 准 仪 的 条 码 尺 有 自 己 的 编 码 规 律 ， 但 均 含 有 黑 白 两 种 条 块 ， 这 与 传 统 水 准 标 尺 不 同 。 另 外 ， 对精 密 水 准 仪 而 言 ， 传 统 的 利 用 测 微 器 读 数 ， 而 电 子 水 准 仪 没 有 测 微 器 。2、 数 字 水 准 仪 的 基 本 原 理水 准 标 尺 上 宽 度 不 同 的 条 码 通 过 望 远 镜 成 像 到 像 平 面 上 的 CCD 传 感 器 上 ， CC
5、D 传 感 器 将 黑 白 相 间 的 条 码图 像 转 换 成 模 拟 视 频 信 号 ， 再 经 仪 器 内 部 的 数 字 图 象 处 理 ， 可 获 得 望 远 镜 中 丝 在 条 码 标 尺 上 的 读 数 。 此 数 据 一 方 面 显示 在 屏 幕 上 ， 另 一 方 面 可 存 储 在 仪 器 内 的 存 储 器 中 。 电 子 水 准 测 量 目 前 有 三 种 测 量 原 理 ， 即 相 关 法 （ 徕 卡 ） ， 几 何 法（ 蔡 司 ） ， 相 位 法 （ 拓 普 康 、 索 佳 ） ， 本 文 仅 以 NA2000 电 子 水 准 仪 为 例 介 绍 相 关 法 。电
6、 子 水 准 仪 NA2000 利 用 电 子 工 程 学 原 理 自 动 进 行 观 测 、 信 息 处 理 和 获 取 并 自 动 记 录 每 一 个 观 测 值 ， 它 是 世 界 上第 一 台 数 字 水 准 仪 。 使 用 时 ， 作 业 员 只 要 粗 略 整 平 仪 器 ， 将 望 远 镜 对 准 标 尺 和 调 焦 ， 然 后 按 一 下 有 关 按 键 ， 仪 器 就 能自 动 地 精 确 测 定 视 距 和 水 平 标 尺 读 数 。电 子 水 准 仪 NA2000 具 有 与 传 统 水 准 仪 基 本 相 同 的 光 学 和 机 械 结 构 ， 实 际 上 就 是 采
7、用 Wild NA24 自 动安 平 水 准 仪 的 光 学 机 械 部 分 ， 如 2-37 所 示 。 与 数 字 水 准 仪 配 套 的 水 准 标 尺 一 面 具 有 用 于 电 子 读 数 的 条 码 条 码 尺 ， 另 一 面 复 制 有 用 于 目 视 观 测 的 常 规 E 型 分 划 线 ， 如 2-38 所 示 。在 电 子 水 准 仪 中 ， 标 尺 条 码 的 像 经 光 学 系 统 成 像 在 仪 器 的 行 阵 探 测 器 上 （ 如 2-37 所 示 ） 。 长 约6.5mm 的 行 阵 探 测 器 是 由 256 个 间 距 为 25 m 的 光 敏 二 级 管
8、 （ 像 素 ） 组 成 。 光 敏 二 极 管 的 口 径 为 25 m，由 于 Wild NA24 的 视 场 角 约 为 2 度 ， 因 此 在 1.8m 的 最 短 视 距 上 ， 标 尺 截 距 有 70mm； 视 距 为 100m 时 ，标 尺 截 距 有 3.5m 成 像 到 行 阵 探 测 器 上 ， 行 阵 探 测 器 将 接 收 到 的 图 像 转 换 成 模 拟 视 频 信 号 ， 读 数 电 子 部 件 将 视 频 信 号进 行 放 大 和 数 字 化 。 电 子 水 准 仪 的 数 值 处 理 是 以 相 关 技 术 为 基 础 ， 将 仪 器 内 存 的 “已 知
9、”代 码 （ 参 考 信 号 ）与 行 阵 控 测 器 上 的 成 像 所 构 成 的 信 号 （ 测 量 信 号 ） 按 相 关 方 法 进 行 比 较 ， 直 至 两 个 信 号 最 佳 符 合 ， 由 此 获 得 标 尺 读 数和 视 距 。目 前 ， 电 子 水 准 仪 一 般 都 带 有 随 机 水 准 测 量 软 件 ， 如 NA2002 和 NA3003 随 机 附 徕 卡 水 准 测 量 软 件LevelPak， 这 是 基 于 Windows 的 水 准 测 量 及 平 差 计 算 、 高 程 数 据 管 理 软 件 。 LevelPak 软 件 含 与GIF10、 GIF1
10、2、 数 字 水 准 仪 的 数 据 传 输 模 块 。 具 有 如 下 功 能 ： 点 位 和 高 程 管 理 ； 平 差 计 算 ； 报 表 输 出 ； 导 入 观 测 文件 与 高 程 ； 手 工 输 入 观 测 数 据 ； 水 准 数 据 检 验 ； 上 载 数 据 以 供 放 样 ； 数 据 传 输 等 。二 、 电 子 水 准 仪 的 使 用 方 法电 子 水 准 仪 的 使 用 方 法 与 一 般 水 准 测 量 大 体 相 似 ， 也 包 括 以 下 几 步 ：1、 安 置 仪 器2、 粗 略 整 平3、 瞄 准 目 标4、 观 测值 得 一 提 的 是 ： 第 四 步 只 需 按 一 下 测 量 键 即 可 ， 我 们 便 可 从 电 子 水 准 仪 的 显 示 屏 上 看 到 读 数 。
