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1、学习情境3高程控制测量控制测量的技术设计、选点、埋石、组网、外业观测、检核、概算、平差、技术总结 控制测量主要作业流程：主要任务主要任务：选点、埋石、组网、做点之记选择仪器、检校仪器高差测量概算平差技术总结学习子情境3.1 水准测量 水准测量技术设计的方法 技术设计是根据工程建设对测量的要求，结合测区的情况、作业单位技术力量，拟定科学、经济、合理的最佳布设方案，制定正确的技术路线，解决水准测量全过程的一系列生产技术问题。设计前需要通过网络、现场调研等方式，在踏勘、调查研究的基础上收集资料，分析资料的利用价值，为下一步方案设计提供基础。水准测量方案设计 水准测量技术设计是根据工程建设要求，结合测
2、区的具体情况，设计水准点的位置和水准网的布设形式，选用适当的作业方法和仪器、制定水准测量作业计划，解决生产组织、实施和成果验收等一系列生产管理和技术管理问题，从经济、技术等方面制定的重要技术文件。技术设计是关系水准测量全局的重要环节，对多、快、好、省完成水准测量任务具有重要的指导作用。进行水准测量技术设计必须严格依据测量技术规范，结合测区自然地理、人文经济状况，综合应用水准测量知识，制定具有针对性的指导水准测量实施的技术路线、技术方案及人、财、物保障措施。 （一）搜集资料（1）测区内1：1万1：10万地形图及其它大比例尺地形图、交通图、影像图。（2）有关测区的气象、地质、水文等资料。（3）已有
3、的控制测量成果，包括水准网图、水准点点之记、成果表、技术总结等，需要联测的其它固定点。（4）现场踏勘了解已有控制点标志的保存完好情况。（5）调查测区交通便利、物资供应等经济状况。若在少数民族地区，则应了解民族的风俗习惯。（二）设计要求（二）设计要求从经济、技术、安全生产等方面进行设计，做到方便使用，安全稳定，长期保存等基本要求。（1 1）水准路线应尽量沿公路、铁路及其它坡度小的道路）水准路线应尽量沿公路、铁路及其它坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差的影响。布设，以减弱前后视折光误差的影响。（2 2）水准路线应尽量避免跨越大河、湖泊，沙滩、草地）水准路线应尽量避免跨越大河、湖泊，沙滩、草地等
4、。等。（3 3）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使）水准路线若与高压输电线或地下电缆平行，则应使水准路线在输电线或电缆水准路线在输电线或电缆50m50m以外布设，以避免电磁场对以外布设，以避免电磁场对水准测量的影响。水准测量的影响。（4 4）布设水准网时，应考虑日后水准测量进一步加密，）布设水准网时，应考虑日后水准测量进一步加密，并应注意已有水准测量成果的充分利用。并应注意已有水准测量成果的充分利用。（5 5）水准环线或附合路线长度、水准点间距要求符合规）水准环线或附合路线长度、水准点间距要求符合规范规定。范规定。（6 6）由于工程急用建立的假定高程系统，应与国家水准）由于工程急用建
5、立的假定高程系统，应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。点进行联测，以求得高程系统的统一。（三）图上设计及技术设计书编写 根据测区的规模大小，水准网的设计应在适当比例尺地形图上进行。图上设计的主要程序如下：（1）将主要居民地、铁路、公路与较大河流，以不同的颜色在地形图上标出来。（2）将已知的水准路线和水准点，按等级以不同颜色分别标绘在地形图上。（3）按照逐级布设的原则，先进行高等级水准路线的设计，后进行低等级水准路线的设计。（4）水准路线确定后，根据水准点密度、测段长度、线路总长的要求，按“下棋”方式在图上概略确定水准点的位置。（5）进行设计方案的精度估算。精度估算不符合要求，需要通过
6、路线增删、图形改变等试验修正，使其在经济合理的条件下，布设较为合理的控制网。（6）编写技术设计书。技术设计书的编写要点 技术设计书是技术设计需要上交的重要成果，主要包括以下几方面的内容：作业目的、任务范围及来源；测区的自然、地理条件；测区已有测量成果情况，标志保存情况，对已有成果的评价、分析利用情况；高程基准和起算点情况；布网依据的规范；与高等级水准点的联测方案；水准网精度估算或优化设计；现场踏勘报告；标石类型；人员组织、作业安排、工作量及进度计划；质量保证措施；提交成果；各种设计图表；专家审核及主管部门的审批意见。任务一、选点、埋石、组网、做点之记 1、 水准网布设必须布设原则的要求，根据需
7、要及测区实际情况，明确水准网等级，按等级要求进行设计、精度估算和优化设计，从经济、技术、安全等方面提出人力资源安排，技术路线、技术方法和安全、质量技术保证措施，为后续工作干什么、怎么干，工作达到的标准和目标提出详尽、全面，有针对性和指导作用的技术设计文件。技术设计不仅具有重要的现实意义，而且对今后成果的利用具有参考借鉴作用。任务一、选点、埋石、组网、做点之记一、水准网布设的要求2、水准网布设采用由高级到低级、从整体到局部逐级控制、逐级加密的原则，按照统一的技术标准，为满足测图、工程建设及特殊工程需要，高程控制点必须有足够的精度和合适的密度。3、国家水准网分一、二、三、四等进行布设，城市测量规范
8、、工程测量规范将水准测量依次分为二、三、四等3个等级，水电测量规范还有五等水准测量。任务一、选点、埋石、组网、做点之记我国一等水准网由289条路线组成，其中284条路线构成100个闭合环，共计埋设各类标石近2万余座。国家一等水准网布设略图任务一、选点、埋石、组网、做点之记二、水准点布设的密度水准点类型间距布设要求基岩水准点 500公里左右只设于一等水准路线，在大城市和地震带附近应于增设，基岩较探地区可适当放宽。每省(市、自治区)至少两座。基本水准点40公里左右；经济发达地区2030公里；荒漠地区左右一、二等水准路线上及其交叉处；大中城市两侧及县城附近。尽量设置在坚固岩层中。普通水准点48公里；
9、经济发达地区24公里；荒漠地区1公里左右。地面稳定，利于观测和长期保存的地点；山区水准路线高程变换点附近；长度超过的隧道两端，跨河水准测量的两岸标尺点附近。 水准路线上，每隔一定距离应埋设稳固的水准点。水准点分为基岩水准点、基本水准点、普通水准点等类型，在城镇和建筑区还有墙角水准标志。各种水准点的间距及布设要求，应符合国家一、二等水准测量规范规定，见表1。表1 水准点布设密度任务一、选点、埋石、组网、做点之记二、水准点布设的密度任务一、选点、埋石、组网、做点之记三、水准路线命名及水准点编号水准路线以起止地名的简称定为线名，起止地名的顺序为“起西止东”、“起北止南”，环线名称，取环线内最大的地名
10、后加“环”字命名。一、二、三、四等等水准路线的等级，各以罗马字、书于线名之前表示。路线上的水准点应自该线起始水准点起，取数字l、2、3按序编号，环线上点号顺序取顺时针方向，点号书于线名之后。基岩水准点除了按以上规定编号外，并应在名号前加写地名和“基岩点”三字。基本水准点须在点号后右下角书写“基”字，上、下标分别再书以“上”和“下”字。水准支线以所测高程点名称后加“支”字命名。支线上的水准点，接起始水准点到所测高程点方向，以数字l、2、3顺序编号。利用旧水准点时，可使用旧名号。若重新编定时，应在新名号后以括号注明该点埋设时的旧名称。水准点“郑徐19基”表示该点为郑州至徐州一等水准路线，从西到东第
11、19个基本水准点，该点埋设基本水准标石。图根点在生产中常采用边选点、边编号的方法进行，一般由作业组按流水线编号，在数字前冠字母（是作业组设定的代码）的形式进行编号，如“A128”、“B038” 任务一、选点、埋石、组网、做点之记四、水准测量的精度测量等级一等二等三等四等0.451.03.05.01.02.06.010.0每公里水准测量的偶然中误差和每公里水准测量的全中误差一般不得超过表12规定的数值。任务一、选点、埋石、组网、做点之记五、实地选点与设立标志 图上设计完成后，即可根据设计图到实地选定水准路线和水准点位置，并将选定的水准点位置用水准标石或其它标记在实地固定下来。选点与设立标志是非常
12、重要的一项工作，选点、埋石结束后，要编写选点报告，并进行质量评价。选点质量评价标准见表3. 水准点位置的选定除满足设计要求外，要确保选定的水准点稳定安全、长期保存、便于使用。为此，水准点要避免设在沙滩、沼泽、沙土、滑坡、地下水位较高等有变形、土质松软、易被淹没、易受震动、隐蔽陡峭的地区。任务一、选点、埋石、组网、做点之记表3 选点质量评价标准优（90100分）良（7589分）权P选线和选点线路和点位选择优良，易于寻找，便于观测和长期保存。线路和点位选择恰当，易于寻找，便于观测和长期保存。0.4旧点检找查找认真，交代清楚。查到的旧点可靠，且利用率高。需重绘点之记和重办委托保管的均已办理。查找认真
13、，交代清楚。查到的旧点可靠，需重绘点之记和重办理保管的均已办理。0.15点之记及线路图内容真实，项目齐全。绘制准确，清晰美观，符号正确，文字清晰。内容真实，项目齐全。绘制准确，文字清晰。0.25选点报告内容确切，说明详细，编写齐全，建议具体可行，文字简练。内容确切，说明较详细，编写项目齐全，建议具体可行，文字清晰。0.2任务一、选点、埋石、组网、做点之记六、埋标造石绘制点之记水准点选定之后，即可进行水准标石或标记的埋设工作。水准标石是永久保存水准测量成果的固定标志，供控制测量和地形测量使用。对工程建设的需要临时增设的水准点，由于没有长期保存的价值，通常以木桩、铁钉及其它标记作为临时性水准点。任
14、务一、选点、埋石、组网、做点之记点之记是记载控制点位置和标石结构情况的资料，包括点名、等级、点位略图、交通图、与方位物之间的关系和点位说明等内容。点之记作为日后寻找水准点的簿册，一定要做到方位物选择恰当，点位略图、点位说明与实地一致。方位物应选取三个永久性固定地物，与方位物距离量取至厘米，点位略图如图1所示；点位说明先叙述概略位置，再详细叙述控制点与三个方位物的关系，距离要说明量至方位物的部位。点之记按规定格式填制。六、埋标造石绘制点之记任务一、选点、埋石、组网、做点之记埋标造石绘制点之记图1任务一、选点、埋石、组网、做点之记埋标造石绘制点之记图1任务一、选点、埋石、组网、做点之记要求用二等水
15、准联测七号楼、竞赛场，布设水准路线？任务一、选点、埋石、组网、做点之记任务一、选点、埋石、组网、做点之记其它GNSS点用四点水准联测任务一、选点、埋石、组网、做点之记任务一、选点、埋石、组网、做点之记任务一、选点、埋石、组网、做点之记任务二、选择仪器、检校仪器一、选择仪器一、选择仪器任务二、选择仪器、检校仪器任务二、选择仪器、检校仪器任务二、选择仪器、检校仪器任务二、选择仪器、检校仪器任务二、选择仪器、检校仪器二、检校仪器 i角的检查与校正D1D1D2iia1a2b1b2a1a2b1b2J1J2AB2、在J2站测量高差:3、在消除误差的情况下: 经整理得：任务二、选择仪器、检校仪器1、在J1站
16、测量高差:考虑到球差：任务二、选择仪器、检校仪器(数字水准检校)三、一对水准尺名义米真长测定任务二、选择仪器、检校仪器其它检校四、精密水准仪、水准标尺的认识与使用一、精密水准仪的构造特点1 1、高质量的望远镜光学系统、高质量的望远镜光学系统（放大倍率放大倍率40X40X；孔径；孔径50mm50mm）2 2、坚固稳定的仪器结构、坚固稳定的仪器结构 （合金钢材料；重量较大合金钢材料；重量较大）3 3、高精度的测微装置、高精度的测微装置 （直读，估读直读，估读）4 4、高灵敏度的管水准器、高灵敏度的管水准器 （格值为格值为1010/2mm/2mm）5 5、高性能的补偿装置、高性能的补偿装置* * （
17、“自动安平自动安平”精度高、时间短精度高、时间短）我国水准仪按精度可分为DS05 、 DS1 、 DS3 和DS10四个系列型号（后两种只能用于三、四等水准后两种只能用于三、四等水准）。“D”、“S”是“大大地测量”和“水水准仪”汉语拼音的第一个字母；后面的数字指仪器每公里往返观测高差中数的偶然中误差（mm）。跟经纬仪类似，习惯上常简称为S05 、 S1 、 S3 和S10。我国水准仪系列及基本技术参数列于下表。任务二、选择仪器、检校仪器任务二、选择仪器、检校仪器二、精密水准尺的构造特点二、精密水准尺的构造特点1.伸缩变形小伸缩变形小2. 将变形非常小的因瓦合金条（带）因瓦合金条（带）嵌入木尺
18、的沟槽内，分划线漆（刻）在因瓦合金条上，数字则注记在两侧的木尺尺身上，如右图。2.标尺分划精度高标尺分划精度高3. 分划刻度工艺足以使精密水准标尺分划的偶然中误差在811um以内。3.标尺直线度高标尺直线度高4. 木质尺身是用经过特殊处理的优质木料制作的，弯曲度、扭曲度均很小。此外，标尺底部钉有坚固耐磨的金属底板，尺身长度不会改变。4. 尺垫（或尺桩）稳固尺垫（或尺桩）稳固 精密水准标尺的分划注记有两种形式。精密水准标尺的分划注记有两种形式。1 1）基辅分划形式）基辅分划形式它有左右两排分划，分格值都是10mm，如右图所示。左边一排分划注记从0300cm，称为基本分划基本分划；右边一排分划注记
19、从300600cm，称为辅助分划辅助分划。同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数，称为基辅差基辅差（又称又称尺常数尺常数）。(左右错开)这种分划形式跟普通双面标尺相类似。尺面注记双数厘米数。单数厘米分划线无数字注记，读数时需判断。任务二、选择仪器、检校仪器2 2）左右组合分划形式）左右组合分划形式它也有两排分划，每排分划的分格值也都是10mm，但两排分划线上下刚好错开5mm ，如右图（b）。设想设想将左右两排分划线相向并拢，便可得到一组分格值为5mm的分划线。因分格值为5mm时不便注记和读数，所以，计量时将实计量时将实际值扩大一倍，即将际值扩大一倍，即将5mm看作看作10mm， 5cm看
20、作看作10cm,并据此进行数字注记。于是，长度为300cm的标尺便可从0开始注记到600cm，而且单双“cm”数是分开的若左边是单数“cm”分划，则右边就是双数“cm”分划。没有辅助分划。注记数字时，一边（图中为右边图中为右边）注记“米”数，另一边注记“分米”数。整个注记从5.9“米”。读数时，米数注记下方横向箭尖所指的分划线为另一侧读数时，米数注记下方横向箭尖所指的分划线为另一侧的分米注记的对应位置。如米，米。的分米注记的对应位置。如米，米。 因分划注记值比实际值大了一倍，所以用这种水准尺测得的高差必须除以高差必须除以2 2才是实际的高差值。除了上述两种形式的水准标尺之外，还有与电子水准仪（
21、数字水准仪）配套的条形码标尺。见右图。当用电子水准仪照准标尺时，仪器的探测器（CCD电荷耦合器件）即可捕捉到照准位置中心（最佳相关位置）的条码信息，然后将其与存储在水准仪中的标尺图像（参考信息）进行比对，即可显示与之相对应的读数（如米）。三、三、Wild N3精密水准仪精密水准仪 Wild N3水准仪是由瑞士威尔特厂（徕卡的前身徕卡的前身）生产的S05级精密水准仪，其外形及各部件名称如下图。 与N3水准仪配套使用的因瓦水准标尺采用基辅分划形式基辅分划形式，分格值为10mm，基辅差为cm（类似于类似于4687、4787）。在望远镜目镜左侧有上下两个小目镜，分别是符合气泡观察窗符合气泡观察窗和测微
22、器读数窗测微器读数窗。在3个目镜窗中见到的影像如左下图所示。转动倾斜螺旋，使符合水准气泡两端符合，则视线精确水平。转动测微螺旋，使望远镜楔形丝夹准标尺上某一分划线（每次仅每次仅能夹准一条基本或辅助线能夹准一条基本或辅助线），见右下图，则该分划线所对应的读数即为cm数，再在测微器目镜中读出mm数，相加便是完整读数。左下图中的cm读数为148，测微器读数为653(即)，故水平视线在标尺上的完整读数为。基辅分划均需读数。距离较近时，宜用单丝平分。N3水准仪的倾斜螺旋装置如下图。转动倾斜螺旋时，通过着力点着力点D带动支臂绕支点支点A转动，使其对望远镜的作用点作用点B产生微量升降，使望远镜绕转轴转轴C作
23、微量倾斜,从而使视准轴水平。因转轴C不在望远镜中心，所以，当圆水准器气泡不严格居中、竖轴不严格铅直时，如果前后视整平时倾斜螺旋的转动量不等，将会使视准轴的高度不完全一致，引起读数偏差。作业规程规定作业规程规定：只有在符合水准气泡两端影像的分离量小于1cm时，才允许使用倾斜螺旋进行精确整平。通过观测观测“零位零位” ，可以记住能使气泡两端影像分离量小于1cm的倾斜螺旋的位置。在此位置整平仪器，便能满足上述规定要求。下图为N3水准仪光学测微器测微工作原理示意图。测微器测微器由平行玻璃板平行玻璃板、传动杆传动杆、测微螺旋测微螺旋和测微分划尺测微分划尺等部件组成。平行玻璃板通过传动杆与测微分划尺相连。
24、测微分划尺上有100个分格，与10mm相对应，即每分格为，可估读至。（下图中的分划尺仅为示意下图中的分划尺仅为示意）当平行玻璃板与水平视线正交时，测微分划尺上初始读数（即中即中心读数心读数）为5mm。此时成像光路与视准轴一致。转动测微螺旋时，传动杆带动平行玻璃板相对于物镜前俯或后仰，并同时带动测微分划尺作相应的移动。平行玻璃板前俯（或后仰或后仰）时，从目镜中看到的目标就会向下（或向上或向上）平移。视线平移量与分划尺的移动量相等视线平移量与分划尺的移动量相等。若转动测微螺旋使测微分划尺读数从5mm变至10mm，则水平视线（中丝中丝）所对准的目标向下平移了5mm，中丝读数与测微器读数之和不变；反之
25、，旋转测微螺旋使测微分划尺读数为0时，则水平视线向上平移了5mm。例如，当平行玻璃板与水平视线正交时，中丝切在标尺上两相邻分划线148与149之间的某处，此时测微分划尺读数为5mm。转动测微螺旋，平行玻璃板前俯，水平视线向下平移，最后与较近的148分划线重合。假设此时测微分划尺上的读数为,则水平视线的平移量为（7.24 5）mm。于是，最后读数为: a = 148cm + 7.24mm 5mm 由此可见，每次读数应减去5mm （测微分划尺初始读数测微分划尺初始读数)才是正确值。但因前、后视读数中都包含同一常数，计算高差时能自动抵消，故实际作业中可以不考虑这个常数。四、国产四、国产S1S1型精密
26、水准仪型精密水准仪 国产S1水准仪由北京测绘仪器厂生产，外形如下。 与S1水准仪配套使用的因瓦水准标尺采用左右组合分划形式左右组合分划形式，分格值为5mm。转动测微螺旋可使水平视线在5mm范围内移动。测微器分划尺有100个分格，故测微器分划尺最小格值为（读数除读数除以以2之后的实际值之后的实际值）。 S1水准仪的部件名称、操作方法及操作顺序与N3类似，但没有辅助分划。整平、照准后，旋转微倾螺旋使符合水准气泡居中，再转动测微螺旋使望远镜中的楔形丝夹准标尺上某一分划线（也有人习惯于用也有人习惯于用单丝平分单丝平分），然后分别读取标尺分划读数和测微器读数，两者相加即得总读数。望远镜视场左侧是水准管的
27、符合气泡影像（用以判断气泡两端的偏离用以判断气泡两端的偏离量，分划线间距为量，分划线间距为1mm），测微器读数窗在望远镜目镜内右下方。对于分格值为5mm的标尺，左（或右）侧注记米数，右（或左）侧注记分米数；注记米数一侧是双数cm分划，另一侧是单数cm分划。米数一侧的箭尖所指的分划线为另一侧分米注记的起点，如（米）。（图中多处画的不准确图中多处画的不准确）上图中，尺上读数为198cm，测微器读数为，总读数为。必须注意，测得的高差值须除以测得的高差值须除以2才是真实高差才是真实高差。掌握了S1的读数方法之后，再来看看与之相似的Ni 004的读数（德国德国Zeiss 厂生产的厂生产的Ni 004水准
28、仪的等级高于国产水准仪的等级高于国产S1，与与N3相同，属于相同，属于S05级精密水准仪。其操作和读数方法与国产级精密水准仪。其操作和读数方法与国产S1水准仪类似。符合水准气泡的影像也在望远镜视场内水准仪类似。符合水准气泡的影像也在望远镜视场内）。下图中，标尺读数为197，测微器读数为340。总读数为。NA2000（世界第一）1990Sokkia SDL302002Leica DNA03/101994Topcon DL-101/102Trimble DiNi12/DiNi22Topcon DL-103数字水准仪测量原理普通双面水准尺普通双面水准尺双侧无限位双侧无限位微动螺旋微动螺旋钻石般的圆水
29、准器钻石般的圆水准器(有照明有照明)带有概略瞄准器带有概略瞄准器的固定提把的固定提把低耗能电池低耗能电池字母数字字母数字键盘键盘RS232接口接口PCMCIA 卡卡优秀的光学系统优秀的光学系统可定制的显示屏可定制的显示屏中轴位置中轴位置的测量按钮的测量按钮分离的分离的 DATA 和和 ESC 键键分离的开关键分离的开关键 独立的独立的的定位键的定位键内存内存:6000 测量点或测量点或1650个测站的前后视个测站的前后视杰出的杰出的设计和外型设计和外型宽大的宽大的LC显示屏显示屏可变的数据可变的数据输出格式输出格式1.DNA系列数字水准仪原理系列数字水准仪原理物镜物镜调焦发送器调焦发送器补偿器
30、补偿器补偿器监视补偿器监视CCD探测器探测器分划板分划板分光镜分光镜目镜目镜调焦透镜调焦透镜一、相关法数字水准仪一、相关法数字水准仪mmmm，称为，称为基本码宽基本码宽。在标。在标尺上共有尺上共有20002000个基本码，个基本码，不同数量的同颜色的基本不同数量的同颜色的基本码相连在一起，就构成了码相连在一起，就构成了宽窄不同的码条。宽窄不同的码条。 测量信号与参考信号进行比测量信号与参考信号进行比较的过程为较的过程为相关过程相关过程. . 先与标尺底部对齐，发现不相先与标尺底部对齐，发现不相同，然后往上移动一个步距（基同，然后往上移动一个步距（基本码宽）本码宽） 再比较，直到两码相同为止，再
31、比较，直到两码相同为止，也就是最佳相关位置时，也就是最佳相关位置时， 读数读数就可以确定。就可以确定。 通过移动一个基本码宽来得到通过移动一个基本码宽来得到粗读数。然后再上下选取一定范粗读数。然后再上下选取一定范围，减少步距，进行精相关，就围，减少步距，进行精相关，就可以得到足够精度的读数。可以得到足够精度的读数。 二维相关法二维相关法q 以一定步距改变仪器内部参考信号的以一定步距改变仪器内部参考信号的“宽宽 窄窄”与与CCDCCD采集到的测量信号相比较采集到的测量信号相比较q 如果没有相同的两信号，如果没有相同的两信号， 则再改变则再改变 ，再，再 进行一维相关，进行一维相关， 直到信号相同
32、为止。直到信号相同为止。q “ “宽窄宽窄”相同的两信号相比较是求视线高相同的两信号相比较是求视线高 的过程，的过程， 一维是视距，一维是视距， 另一维是视线高另一维是视线高q 二维相关之后视距就可以精确算出。二维相关之后视距就可以精确算出。 相关法标尺及相关原理（4）由于标尺到仪器的距离不同，条码在探测器上成像的“宽窄”也将不同，测量信号片段条码的“宽窄”会变化，引起相关困难。徕卡数字水准仪采用二维相关法，以一定步距改变仪器内部参考信号的“宽窄”与CCD采集到的测量信号相比较，如果没有相同的两信号， 则再改变 ，再进行一维相关， 直到信号相同为止。参考信号的“宽窄”与视距是对应的。“宽窄”相
33、同的两信号相比较是求视线高的过程，在此二维相关中， 一维是视距， 另一维是视线高，二维相关之后视距就可以精确算出。 可以想象从原始参考信号一步一步缩放比较的相关的计算量会很大， 使读数时间过长。为了缩短读数时间，徕卡数字水准仪内部设计有调焦移动量传感器采集调焦镜的移动量，由此可以反算出概略视距，初步可以确定物像比例。 对仪器内部的参考信号的“宽窄”进行缩放，使其接近探测器采集到的测量信号的“宽窄”，然后再进行二维相关。这样可以减少的相关计算量使读数时间缩短到秒以内。 2.2.调焦移动传感器调焦移动传感器3.3.伪随机码简介伪随机码简介 伪随机码属于二进制码，它的结构可以预先确定，伪随机码属于二
34、进制码，它的结构可以预先确定，并且可以重复产生和复制，另一方面它还具有随机特并且可以重复产生和复制，另一方面它还具有随机特性，即统计特性。这种码用在数字水准仪中具有可以性，即统计特性。这种码用在数字水准仪中具有可以在在1.8100m1.8100m距离内使用相关法的特点。距离内使用相关法的特点。 标尺上的白码条或黄码条在标尺上的白码条或黄码条在CCDCCD器件上产生光电器件上产生光电流，在电路上为高电平，我们用二进制的流，在电路上为高电平，我们用二进制的“1”“1”表示，表示，相反黑码条用相反黑码条用“0”“0”表示。从条码标尺上测量得到的表示。从条码标尺上测量得到的徕卡仪器的参考码序列为：徕卡
35、仪器的参考码序列为： 1.蔡司蔡司Dini 10/20二、几何法数字水准仪二、几何法数字水准仪2、几何法条码标尺系列的标尺每划分为一个测量间距，其中的码条构成一个码词，每个测量间距的边界由每个测量间距的边界由黑白过渡线构成，其下边界到标尺黑白过渡线构成，其下边界到标尺底部的高度，底部的高度，可由该测量间距中的码词判读出来，就象区格式标尺上的注记一样I系列测量时，只利用中丝的上下两边各cm的标尺截距，也就是个测量间距来计算视距和视线高。 2、几何法测量原理图中Gi为某测量间距的下边界，Gi+1为上边界，它们在CD行阵上的成像为Bi及Bi+1。它们到光轴（中丝）的距离分别用用i及i+1表示。上象素
36、的宽度是己知的，这两距离在C上所占象素的个数可以由输出的信号得知，因此可以算出i和i+1，也就是说i和i+1是计算视距和视线高的己知数。i和i+1在光轴之上方为负值，在光轴之下方取正值。如果在标尺上看，则是在光轴之上为正, 反之为负。 几何法测量原理为测量间距长（cm），用第个测量间距来测量时，则物象比 i=g /（bi+1bi） 视线高读数为： Hi=g(Ci+l/2)-A(bi+1+bi)/2 i 是第个测量间距从标尺底部数起的序号，可由所属码词判读出来 几何法测量原理为了提高测量精度，系列取个测量间距平均来计算，也就是取标尺上中丝上下各的范围，即个测量间距取平均来计算。 3、相位法光路示
37、意图标尺的条码像经望远镜、物镜、调焦镜、补偿器的标尺的条码像经望远镜、物镜、调焦镜、补偿器的光学零件和分光镜后，分成两路：光学零件和分光镜后，分成两路： 一路成像在线阵上，用于进行光电转换；一路成像在线阵上，用于进行光电转换； 另一路成像在分划板上，供目视观测。另一路成像在分划板上，供目视观测。 三、拓普康数字水准仪的相位法三、拓普康数字水准仪的相位法相位法标尺编码有三种不同的码条：表示参考码，其中有三条mm宽的黑色码条，每两条黑色码条之间是一条1mm宽的黄色码条，以中间的黑码条的中心线为准，每隔mm就有一组码条重复出现。在每组码条左边mm处有一道黑色的码条。在每组一参考码的右边1mm为一道黑
38、色的码条。每组码条两边的和码条的宽窄不相同。实际上 和 码条的宽度是在1到 mm之间变化，这两种码包含了水准测量时的高度信息。其中码条的周期为600mm，码条的周期为570 mm RRBBBAAP10mm相位法标尺编码在标尺长度方向上就形成了亮暗强度按正弦规律周期变化的亮度波。在图中条码的上面画出了波形。纵坐标表示黑条码的宽度，横坐标是标尺的长度。实线为码的亮度波，虚线为码的亮度波。由于和两条码变化的周期不同，也可以说和亮度波的波长不同，在标尺长度方向上的每一位置上两亮度波的相位差也不同。这种相位差就好象传统水准标尺上的分划，可由它标出标尺的长度。只要能测出标尺某处的相位差，也就可以知道该处到
39、标尺底部的高度，因为相位差可以做到和标尺长度一一对应，即具有单值性，这也是适当选择两亮度波的波长的原因。在L-101C中，码的周期为，码的周期为，它们的最小公倍数为，因此在长的标尺上不会有相同的相位差。为了确保标尺低端面，或说相位差分划的端点相位差具有唯一性，和码的相位在此错开了。 600mm570mmRA码B码相位法信号分析码是为了提高读数精度和求视距而安排的。设两组码之间的间距为（P30 mm）, 它在行阵上成像所占象素的个数为，象素宽为b（25m）, 则P在CCD行阵上的成像长度为： I=zb Z可由信号分析中得出，b是CCD光敏窗口的宽度，因此I和P都是已知数据。根据几何光学成像原理，可以像传统仪器用视距丝测量距离的视距测量原理一样求出视距： D=P/If 式中f是望远镜物镜的焦距。 同时还可以求出物相比 A=P/I 于是将测量信号放大到与标尺上一样时，再进行相位测量，就可以精确得出相位差，即视线高
