专题一：数字水准仪及其在铁路变形监测中的应用

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1、工程测量新技术与高速铁路的运营管理专题讲座主讲人：测量工程系刘成龙教授电话：13908038152西南交通大学测绘工程检测中心主任西南交通大学测量工程系副系主任工程测量新技术与高速铁路的运营管理专题一数字水准仪及其在铁路变形监测中的应用数字水准仪的概念数字水准仪(digitallevel)是用于自动化水准测量的仪器，它采用CCD阵列传感器获取编码水准尺的图像，依据图像处理技术来获取水准标尺的读数，标尺图像处理及其处理结果的显示均由仪器内置计算机完成。数字水准仪的发展1990年Wild厂推出了第一款数字水准仪NA2000，测量精度为±1.5mm/km，用于普通水准测量，1991年升级为N

2、A2002；1991年底推出NA3000，测量精度提高到了±0.4mm/km，达到了精密水准仪的要求，1994年升级为NA3003。2002年推出的DNA03和DNA10，面向精密水准测量，精度分别为±0.3mm/km和±0.9mm/km。2004年下半年推出了面向中低端市场的Sprinter100/100M/200/200M，精度分别为±2.0mm/km和±1.5mm/km。数字水准仪的发展1994年德国Zeiss厂生产出了两种型号的数字水准仪Dini10和Dini20，测量精度分别到了±0.3mm/km和±0.7mm/km，不久又推出了带角度测量功能的Dini10T。？？年Dini1

3、2(T)和Dini22，精度分别为±0.3mm/km和±0.7mm/km。1994年底Topcon也推出了两种型号的数字水准仪DL-101和DL-102，测量精度分别达到了±0.4mm/km和±1.0mm/km。1997年升级为能安置PCMCIA卡的DL-101C和DL-102C。？？年SOKKIA推出SDL30M和SDL50M。TrimbleZeissDiniLeicaDNASOKKIASDLTopconDL比较评价指标测量精度测量速度仪器重量电池容量屏幕信息价格测量原理标尺编码规则目前4种数字水准仪都采用的是条码标尺，即用不同宽度的条码组合来表征标尺面的不同高度位置，但是其设计方法却

4、不尽相同。Note：尽管各厂家的编码尺具有不同的编码规则和读数方法，但编码标尺全是由同一厂家，即德国的Zeiss公司生产的，这也是目前世界上惟一能够生产数字编码水准标尺的厂家。标尺编码规则与光学水准仪的比较相同点：数字水准仪具有与传统水准仪相同的光学、机械和补偿器结构；光学系统也是沿用光学水准仪；水准标尺一面具有用于电子读数的条码，另一面具有传统水准标尺的E型分划，既可用于数字水准测量，也可用于传统水准测量。不同点：传统水准仪用人眼观测，数字水准仪用光电传感器(CCD线阵)代替人眼；数字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。另外对于精密水准仪而言，传

5、统的利用测微器读数，而数字水准仪没有测微器。数字水准仪优点1．速度快：水准仪自动探测读数、记录和检核，不用观测员人工观测，作业速度快慢取决于仪器整置速度和跑尺人员的速度。2．精度高：图像处理技术自动判别读数，免除了观测员人工夹准分划和读数误差的影响。对图形影像多个分划取平均值，有利于消除标尺分划误差。另外速度的提高，可消除与时间有关的外界条件的影响，如温度变化引起的视准轴的变化，大气垂直折光的变化，仪器水准尺升降等的影响。3．仪器重量轻，操作简便，减轻作业员的劳动强度。4．易于实现测量内外业一体化。数字水准仪将数据直接记录在卡或内存中，及时检核，按规定格式输出，便于在计算机上处理，形成自

6、动流程，不仅大大提高了工作效率，而且避免了由于人工记录、计算出现的差错。数据处理数字水准仪能自动采集并将观测数据以一定的记录格式存储下来，为内外业一体化提供原始数据。虽然数字水准仪生产厂家也提供了一部分后处理软件，但要么功能过于简单，不能满足实际生产的需要，要么软件功能强大，价格也较高，一般单位难以承受。而实际上原始数据皆为可读的文本文件，若能熟悉其数据组成格式，就可以编写适合本单位生产需要的程序来完成后续数据处理工作。测段/测线：水准测量中两个水准点之间或水准点与临时点之间的水准路线。测量方式或程序：水准测量过程中，为减弱或消除多项误差的影响而采取的观测顺序，如后前、后前前后、后后前前

7、等，常用B(Back)表示后视，F(Fore)表示前视，a(altering)表示奇偶数站交替。数据读取流程图DiniGSI使用注意事项1．补偿误差数字水准仪是在光学自动安平水准仪的基础上发展起来的，补偿器基本上都属于吊带重力补偿器，经过运输、温度变化等，其内应力发生变化，补偿性能差异较大，必须定期检测，超过限差时应及时调校。另外应注意补偿器的稳定时间，置平仪器后不要立即测量，要有1～2秒的时间延迟。2．视准线误差(i角)视准线误差