天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀i角誤差檢校及誤差分析畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)

《天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀i角誤差檢校及誤差分析畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀i角誤差檢校及誤差分析畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)（26頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 1 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)特別是電子技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字水準(zhǔn)儀在水準(zhǔn)測量中被廣泛應(yīng)用。它融電子技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計算機(jī)于一體，以條碼間隔影像信息與參考信號進(jìn)行圖像數(shù)學(xué)處理的測量原理，自動采集測量數(shù)據(jù)、信息處理和獲取自動記錄每一個觀測值，從而實現(xiàn)水準(zhǔn)測量儀器的發(fā)展方向。雖然數(shù)字水準(zhǔn)儀具有將測定的i角存入機(jī)內(nèi)，并對所測數(shù)據(jù)按該i角進(jìn)行自動修正功能，但儀器i角受外界溫度、濕度、振動的影響而瞬時變化仍然存在。因此，研究討論數(shù)字水準(zhǔn)儀i角問題非常有必要。天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀——世界上精度最高的數(shù)字水準(zhǔn)儀之一，其各項指標(biāo)都明顯優(yōu)于其他數(shù)字水準(zhǔn)儀。其性能卓越、操作方便，使水準(zhǔn)測量進(jìn)入了數(shù)字

2、時代，大大提高了生產(chǎn)效率。已廣泛應(yīng)用于地震、測繪、電力、水利等系統(tǒng)，在各項重大工程中發(fā)揮著強大的作用。由此天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀i角問題研究顯得尤為重要。 目前，水準(zhǔn)儀的i角研究主要反映在三個方面，即：方法、速度和精度。關(guān)于i角的檢校方法，我們比較成熟，許多測量學(xué)類教材中，就提供了一種廣泛采用的方法。近年電子水準(zhǔn)儀i角自動檢校中，又出現(xiàn)了其他三種新方法。在提高檢驗水準(zhǔn)儀i角的速度上，也出現(xiàn)了一些研究成果，電子水準(zhǔn)儀的自動化檢校更是大大提高了檢校水準(zhǔn)儀i角的速度。在評定水準(zhǔn)儀i角的精度上，也出現(xiàn)了一些成果，既有定性的也有定量的。國內(nèi)外對水準(zhǔn)儀的i角全部采用平行光管進(jìn)行檢驗和校正，儀器設(shè)

3、備價格昂貴，一般都是送專門的測繪儀器鑒定部門進(jìn)行檢驗和校正，而儀器使用單位如果自己對水準(zhǔn)儀的i角進(jìn)行檢驗和校正，大都是在室外安置儀器、立尺進(jìn)行檢驗和校正，需要人員多、誤差較大、作業(yè)條件差，利用誤差傳播定律的定量研究不深入。盡管這方面工作之前有人進(jìn)行過研究，諸如DS3、徠卡系列、蔡司系列水準(zhǔn)儀i角的研究，但對于天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀i角誤差檢校方法與誤差分析這方面，前人尚未做出過系統(tǒng)地分析，仍可以在這方面做一些有益的初步探究工作。 2 數(shù)字水準(zhǔn)儀簡介 2.1 數(shù)字水準(zhǔn)儀工作原理 數(shù)字水準(zhǔn)儀是目前最先進(jìn)的水準(zhǔn)儀，配合專門的條碼水準(zhǔn)尺，通過儀器中內(nèi)置的數(shù)字成像系統(tǒng)，自動獲取水準(zhǔn)

4、尺的條碼讀數(shù)，不再需要人工讀數(shù)。這種儀器可大大降低測繪作業(yè)勞動強度，避免人為的主觀讀數(shù)誤差，提高測量精度和效率。它利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，把由標(biāo)尺進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的條碼分劃影像，用行陣探測器傳感器替代觀測員的肉眼，從而實現(xiàn)觀測夾準(zhǔn)和讀數(shù)自動化。測量作業(yè)時只要將水準(zhǔn)儀概略整平，補償器自動使視線水平，照準(zhǔn)標(biāo)尺并調(diào)焦，按測量鍵等4秒鐘后，在顯示器上即顯示h和d。每站觀測數(shù)據(jù)在內(nèi)存模塊或PCMCIA卡上自動記錄并進(jìn)行各項檢校，儀器可設(shè)置自動進(jìn)行地球彎曲差和大氣垂直折光差改正。 2.2 數(shù)字水準(zhǔn)儀特點 數(shù)字水準(zhǔn)儀是以自動安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ)，在望遠(yuǎn)鏡光路中增加了分光鏡和探測器（CCD），并采用條碼標(biāo)尺和圖象處

5、理電子系統(tǒng)二構(gòu)成的光機(jī)電測一體化的高科技產(chǎn)品。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。它與傳統(tǒng)儀器相比有以下共同特點： （1）讀數(shù)客觀。沒有人為讀數(shù)誤差，不存在誤記問題。 （2）精度十分高。視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃圖象經(jīng)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。多數(shù)儀器都有進(jìn)行多次讀數(shù)取平均的功能，可以削弱外界條件影響。對于不專業(yè)的的測繪人員也能進(jìn)行高精度測量。 （3）測量進(jìn)程快。由于省去了報數(shù)、聽記、現(xiàn)場計算的時間以及人為出錯的重測數(shù)量，測量時間與傳統(tǒng)儀器相比可以節(jié)省1/3左右。 （4）工作效率高。只需調(diào)焦和按鍵就可以自動讀數(shù)，減輕了勞動強度。視距還能

6、自動記錄，檢核，處理并能輸入電子計算機(jī)進(jìn)行后處理，可實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化[1]。 2.3 國內(nèi)數(shù)字水準(zhǔn)儀研究和應(yīng)用現(xiàn)狀 關(guān)于數(shù)字水準(zhǔn)儀的研究，武漢測繪科技大學(xué)的孫堅曾在《數(shù)字水準(zhǔn)儀的現(xiàn)狀與發(fā)展》一文中系統(tǒng)的闡述了數(shù)字水準(zhǔn)儀的基本原理、存在問題、解決辦法及發(fā)展趨勢，而歲有中、郝永青、張新霞在《數(shù)字水準(zhǔn)儀的原理及應(yīng)用》一文中系統(tǒng)的闡述了數(shù)字水準(zhǔn)儀的特點、組成部分、讀數(shù)原理和誤差來源等，前人在這些方面做出的研究已經(jīng)比較詳細(xì)。落實到具體的儀器上，前人在這方面也做了一些工作，例如冷明全在《Topcom數(shù)字水準(zhǔn)儀在水準(zhǔn)測量中的應(yīng)用》一文中概括的闡述了Topcom水準(zhǔn)儀的簡介、使用、水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)通信傳輸與

7、處理、使用注意的問題等，而張志勇曾在《Leica DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀及其精度測試》一文中全面地介紹了DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀的技術(shù)指標(biāo)及特點、主要功能、精度分析等，此外，包寶華、陳星辰、付兵等在《Trimble DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀原理與應(yīng)用》一文中詳細(xì)的介紹了Trimble DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀的特點、工作原理、量算核心等，并結(jié)合具體的工程實例進(jìn)行了應(yīng)用。前人在具體儀器方面做了一些研究，但關(guān)于天寶DiNi03數(shù)字水準(zhǔn)儀的研究仍是一片空白。 目前，由于各項工程作業(yè)精度要求不同，又考慮到儀器的成本，國內(nèi)使用的數(shù)字水準(zhǔn)儀分為國產(chǎn)和進(jìn)口兩類儀器，其中國產(chǎn)的儀器以南方測繪公司生產(chǎn)的DL系列數(shù)字水準(zhǔn)

8、儀、蘇州一光儀器公司生產(chǎn)的DS、EL系列數(shù)字水準(zhǔn)儀、中緯測量系統(tǒng)(武漢)有限公司生產(chǎn)的中緯ZDL700系列數(shù)字水準(zhǔn)儀、科力達(dá)公司生產(chǎn)的DL系列數(shù)字水準(zhǔn)儀為代表，而進(jìn)口的國外儀器以瑞士徠卡公司生產(chǎn)的DNA、NA系列數(shù)字水準(zhǔn)儀、德國蔡司公司生產(chǎn)的DiNi系列數(shù)字水準(zhǔn)儀、日本拓普康公司生產(chǎn)的DL系列數(shù)字水準(zhǔn)儀、索佳公司生產(chǎn)的SDL系列數(shù)字水準(zhǔn)儀和美國天寶公司生產(chǎn)的DiNi系列數(shù)字水準(zhǔn)儀為代表，下面舉例說明這些儀器基本參數(shù)。（見表1、表2，其中天寶DiNi系列數(shù)字水準(zhǔn)儀詳細(xì)內(nèi)容見下文敘述） 表 1 國內(nèi)數(shù)字水準(zhǔn)儀基本參數(shù) 型號 南方測繪公司 蘇州一光儀器公司 中緯測量系統(tǒng)有限公司 科力達(dá)

9、公司 DL3003 DL-2007 DS03 EL-201 中緯ZDL700 DL-201 1km往返精度 0.3mm 0.7mm 0.3mm 0.7mm 0.7mm 1.0mm 測量范圍 1.5-100m 1.5-110m 1.2-100m 1-100m 2m-105m 1.5-100m 補償精度 12′ 12′ 15′ 12′ 10′ 12′ 安平精度 0.2″ 0.2″ 0.2″ 0.3″ 0.35″ 0.3″ 望遠(yuǎn)鏡倍率 32 32 42 32 24 32 表 2 國外數(shù)字水準(zhǔn)儀基本參數(shù) 型號

10、 徠卡公司 蔡司公司 拓普康公司 索佳公司 DNA03 NA2 DiNi12 DL-502 SDL30M 1km往返精度 0.3mm 0.3mm 0.3mm 0.4mm 0.4mm 測量范圍 1.8-110m 1.6-110m 1.5-100m 1.6-100m 1.6-100m 補償精度 10′ 30′ 15′ 15′ 15′ 安平精度 0.3″ 0.3″ 0.2″ 0.3″ 0.3″ 望遠(yuǎn)鏡倍率 24 32 32 32 32 2.4 數(shù)字水準(zhǔn)儀和光學(xué)水準(zhǔn)儀的比較 （1）相同點：數(shù)字水準(zhǔn)儀具有與光學(xué)水準(zhǔn)儀相

11、同的光學(xué)、機(jī)械和補償器結(jié)構(gòu)；光學(xué)系統(tǒng)也是沿用光學(xué)水準(zhǔn)儀的；水準(zhǔn)標(biāo)尺一面具有用于電子讀數(shù)的條碼，另一面具有光學(xué)水準(zhǔn)標(biāo)尺的E型分劃；既可用于數(shù)字水準(zhǔn)測量，也可用于傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量，摩托化測量，變形監(jiān)測和適當(dāng)?shù)墓I(yè)測量。 （2）不同點：光學(xué)水準(zhǔn)儀用人眼觀測，數(shù)字水準(zhǔn)儀用光電傳感器(CCD線陣)代替人眼；數(shù)字水準(zhǔn)儀與其相應(yīng)條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺配用。儀器內(nèi)裝有圖像識別器；采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，這些都是光學(xué)水準(zhǔn)儀所沒有的；同一根編碼標(biāo)尺上的條碼寬度不同，各型數(shù)字水準(zhǔn)儀的條碼尺有自己的編碼規(guī)律，但均含有黑白兩種條塊，這與光學(xué)水準(zhǔn)標(biāo)尺不同。另外，對精密水準(zhǔn)儀而言，光學(xué)的利用測微器讀數(shù)，而數(shù)字水準(zhǔn)儀沒有測微器[2]。

12、 2.5 數(shù)字水準(zhǔn)儀展望 數(shù)字水準(zhǔn)儀是一種功能很強的涮量系統(tǒng)操作簡單，測量速度比光學(xué)水準(zhǔn)儀提高50％～60％，易于實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化，所以肯定是幾何水準(zhǔn)測量繼續(xù)發(fā)展的方向。今后數(shù)字水準(zhǔn)儀將從以下幾個方面進(jìn)行完善： （1）改善補償器的結(jié)構(gòu)與安平精度； （2）數(shù)字水準(zhǔn)儀之所以能成功，主要是依賴于CCD技術(shù)和數(shù)字圖象處理技術(shù)，因而今后數(shù)字水準(zhǔn)儀將隨著CCD技術(shù)和數(shù)字圖象技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展； （3）改善玻璃纖維條碼標(biāo)尺的材料； （4）改進(jìn)測量程序與數(shù)據(jù)存儲軟件； （5）增強儀器適應(yīng)環(huán)境的能力； （6）使機(jī)內(nèi)系統(tǒng)邏輯增加對其它一些干擾，如亮度變化，補償器應(yīng)力釋放，傳感器時性改變等的改正[2

13、]； （7）儀器的價格將會降低，應(yīng)用范圍也會滲透到精密水準(zhǔn)測量領(lǐng)域。 2.6 天寶DiNi03數(shù)字水準(zhǔn)儀簡介 2.6.1 儀器簡介 天寶DiNi03數(shù)字水準(zhǔn)儀（圖1所示，表3是儀器對應(yīng)的部件）是世界上精度最高的數(shù)字水準(zhǔn)儀（DS1水準(zhǔn)），其公司開發(fā)的軟件可全自動數(shù)據(jù)處理，可實現(xiàn)無紙化作業(yè)，自動出報表。在工程測量、結(jié)構(gòu)、沉降觀測、高精度的水準(zhǔn)網(wǎng)觀測，天寶的DiNi數(shù)字水準(zhǔn)儀都能提供精確的觀測結(jié)果和可靠的數(shù)據(jù)。 圖1 天寶DiNi03數(shù)字水準(zhǔn)儀 表 3 儀器部件名稱 部件編號 部件名稱 1 望遠(yuǎn)鏡遮陽板 2 望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦旋鈕 3 觸發(fā)鍵 4 水平微調(diào) 5

14、 刻度盤 6 腳螺旋 7 底座 8 電源/通訊口 9 鍵盤 10 顯示器 11 圓水準(zhǔn)氣泡 12 十字絲 13 可以動圓水準(zhǔn)氣泡調(diào)節(jié)器 14 電池盒 15 瞄準(zhǔn)器 2.6.2 精度指標(biāo) 天寶DiNi03數(shù)字水準(zhǔn)儀相關(guān)的精度指標(biāo)見表4。 表 4 精度指標(biāo) 性能指標(biāo) 性能內(nèi)容 1km往返精度 0.3mm 測量范圍 1.5-100m 補償精度 15′ 安平精度 0.2″ 望遠(yuǎn)鏡倍率 32 100m視野 2.8m 最短視距 0.6m 夜間及隧道測量 可以 2.6.3 儀器工作原理 天寶DiNi03數(shù)字水

15、準(zhǔn)儀，它是在自動安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它采用條碼標(biāo)尺，各廠家標(biāo)尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。目前照準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍需目視進(jìn)行。人工完成照準(zhǔn)和調(diào)焦之后，標(biāo)尺條碼一方面被成象在千里鏡分化板上，供目視觀測，另一方面通過千里鏡的分光鏡，標(biāo)尺條碼又被成象在光電傳感器（又稱探測器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數(shù)。 3 i角檢校方法 3.1 i角簡介 3.1.1 i角含義 水準(zhǔn)儀i角指的是水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)線和附合氣泡水準(zhǔn)管的水準(zhǔn)軸在豎直平面上投影的夾角[3]。 3.1.2 i角產(chǎn)生原因 儀器制造加工本身就存在精度誤差，經(jīng)過校正，儀器仍會存在一些殘余誤差。測量中當(dāng)水準(zhǔn)氣

16、泡居中時，視準(zhǔn)軸仍不能完全水平，這樣在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)也就產(chǎn)生了誤差。其中主要是水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸的不平行所產(chǎn)生的誤差，即i角（校正殘余）誤差。 3.1.3 i角檢校的基本原理[4] 在地面選定兩個固定點A、B，測出A、B的兩次高差和。設(shè)儀器存在i角誤差，則按式得 （1） （2） 即 （3）

17、 （4） 目前在實際應(yīng)用中采用兩種做法，一種是使，此時就是無i角影響的高差，于是（4）式簡化為 （5） 另一種是使，此時 （6） 3.1.4 i角檢校的意義 i角在讀數(shù)和高差中都有一定影響。 （1）i角在讀數(shù)中的影響 設(shè)i角使視線向上或向下傾斜，那么它在A點尺子上的讀數(shù)叫水平視線的讀數(shù)增大或減小一個值。若A點距儀器的距離為S，則

18、 （7） 一般i角均甚小，上式可寫成 （8） 當(dāng)i角的大小不變時，則的大小與S成正比；即尺子離儀器越遠(yuǎn)， i角對讀數(shù)的影響越大。 （2）i角在高差中的影響 用實際讀數(shù)計算A、B 兩點的高差為 （9） 式中，為后視讀數(shù)；為前視讀數(shù)。 A、B 兩點的正確高差應(yīng)為 （10） 式中,為i角在高差中的影響，

19、用表示，即 （11） 顯然，當(dāng)后視與前視的距離相等時，i角對于高差的影響，可得到正確的高差。而當(dāng)后視與前視的距離不相等時，則所測得的高差不正確[5]。 3.2 i角檢校方法 3.2.1 基本原理檢校方法 （1）求A、B 兩點間的正確高差 在一點S架設(shè)儀器，在較平坦的地方選定適當(dāng)距離的兩個點A、B，放上尺墊。分別瞄準(zhǔn)向距離儀器A、B兩方向30m的地方豎立的水準(zhǔn)尺，定出等距離的A、B兩點( A、S、B三點位于一條直線上)，在A、B兩點上放置尺墊，然后在A、B兩點立尺并讀數(shù), 設(shè)讀數(shù)為、，則 =-。用變動儀器高的方法再測一次高差，設(shè)為

20、。當(dāng)兩次測得的高差不大于3mm時，取其平均值作為最后的正確高差，用表示，即，如圖2所示。從圖2中可看出：由于距離相等，兩軸不平行所引起的在兩尺的讀數(shù)誤差x在計算高差時自動消除，故不受視準(zhǔn)軸誤差的影響，是A、B兩點間的正確高差。 圖2 A、B兩點高差求解示意圖 （2）求水準(zhǔn)儀的i角 如圖3所示，安置水準(zhǔn)儀于點B附近的處，距離B點3m左右，瞄準(zhǔn)B點水準(zhǔn)尺，在B尺上讀數(shù)為，因儀器離B點很近，兩軸不平行引起的讀數(shù)誤差可忽略不計。則二軸平行時在A尺上的應(yīng)有讀數(shù)為：，讀出A尺上的讀數(shù)，如果=，則水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸，否則存在i角。從圖3中可看出：，其中[6]。 圖3 水準(zhǔn)儀的i角求解

21、示意圖 圖4、5、6、7分別為實際觀測時具體的操作步驟。 圖4 整平 圖5 瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺觀測 圖6 讀數(shù) 圖7 計算處理數(shù)據(jù) 為確保準(zhǔn)確度，重復(fù)上述操作三次，得出三組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表5所示。 表 5 觀測數(shù)據(jù) 測站編號 第一次 A B 1 距離（m） 30.032 30.098 讀數(shù)（m） 1.46098 1.45168 2 距離（m） 57.011 3.013 讀數(shù)（m） 1.56035 1.54841 測站

22、編號 第二次 A B 1 距離（m） 30.030 30.099 讀數(shù)（m） 1.46095 1.45167 2 距離（m） 57.012 3.010 讀數(shù)（m） 1.56038 1.54842 測站編號 第三次 A B 1 距離（m） 30.031 30.097 讀數(shù)（m） 1.46097 1.45166 2 距離（m） 57.010 3.012 讀數(shù)（m） 1.56032 1.54843 第一次數(shù)據(jù)帶入得 第二次數(shù)據(jù)帶入得 第三次數(shù)據(jù)帶入得 3.2.2 費式(Forstner)

23、法 在站1架設(shè)儀器，整平之后，與站1距離15m的A點放置水準(zhǔn)尺，該點要放置尺墊，點擊測量鍵，記錄對A點的讀數(shù)。調(diào)轉(zhuǎn)水準(zhǔn)儀，在與A點相反方向距離15m的點放置水準(zhǔn)尺，該點為轉(zhuǎn)點，切記該點不要放置尺墊，并標(biāo)記該點，再于站1距離30m的B點再次放置水準(zhǔn)尺，該點要放置尺墊，記錄對B點的讀數(shù)，然后將儀器遷至方才標(biāo)記的轉(zhuǎn)點，整平之后，分別瞄準(zhǔn)A、B點，記錄讀數(shù)。此即費式(Forstner) 法，該方法即兩條水準(zhǔn)尺A、B安置在相距45m的距離，將其分為三等份，而水準(zhǔn)儀分別安置在三等分點之上。根據(jù)相關(guān)原理，得出水準(zhǔn)儀i角計算公式為： （12） 式中，、分別為儀器在測站1時對

24、A尺和B尺的讀數(shù)；、分別為儀器在測站2時對A尺和B尺的讀數(shù)；、分別為儀器在測站1時對A尺和B尺的距離；、分別為儀器在測站2時A尺和B尺的距離，如圖8所示[3,7-9]。 圖8 費式法 為確保準(zhǔn)確度，重復(fù)上述操作三次，得出三組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表6所示。 表 6 觀測數(shù)據(jù) 測站編號 第一次 A B 1 距離（m） 15.094 30.121 讀數(shù)（m） 1.44873 1.44760 2 距離（m） 30.134 15.088 讀數(shù)（m） 1.35532 1.35266 測站編號 第二次 A

25、B 1 距離（m） 15.095 30.122 讀數(shù)（m） 1.44862 1.44762 2 距離（m） 30.131 15.089 讀數(shù)（m） 1.35513 1.35264 測站編號 第三次 A B 1 距離（m） 15.093 30.120 讀數(shù)（m） 1.44861 1.44760 2 距離（m） 30.132 15.086 讀數(shù)（m） 1.35513 1.35263 第一次數(shù)據(jù)帶入得 第二次數(shù)據(jù)帶入得 第三次數(shù)據(jù)帶入得 3.2.3 李式（Nabauer）法 在站1架設(shè)儀器，與站1距離

26、15m的A點放置水準(zhǔn)尺，記錄對A點的讀數(shù)，與站1距離30m的B點放置水準(zhǔn)尺，記錄對B點的讀數(shù)。將B點作標(biāo)記，再將此水準(zhǔn)尺水平移至與站1距離45m的地方，并標(biāo)記該點，記為站2，然后將儀器遷至此點，同時該點的水準(zhǔn)尺回到B點，整平水準(zhǔn)儀后，在站2點分別瞄準(zhǔn)A、B點，記錄讀數(shù)。此即選擇約45m長的距離,將其分成三等份。安置儀器和水準(zhǔn)尺,則儀器i角為： （13） 式中各符號與式（12）一致，如圖9所示[3,7-9]。 圖9 李式法 為確保準(zhǔn)確度，重復(fù)上述操作三次，得出三組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表7所示。 表7 觀測數(shù)據(jù) 測站編號 第一次 A B 1 距離（m） 15.09

27、4 30.095 讀數(shù)（m） 1.35259 1.33323 2 距離（m） 29.868 14.858 讀數(shù)（m） 1.41151 1.39049 測站編號 第二次 A B 1 距離（m） 15.093 30.094 讀數(shù)（m） 1.35258 1.33320 2 距離（m） 29.869 14.859 讀數(shù)（m） 1.41150 1.39047 測站編號 第三次 A B 1 距離（m） 15.092 30.096 讀數(shù)（m） 1.35265 1.33318 2 距離（m） 29.866 14.860

28、讀數(shù)（m） 1.41148 1.39046 第一次數(shù)據(jù)帶入得 第二次數(shù)據(jù)帶入得 第三次數(shù)據(jù)帶入得 3.2.4 庫式（Kukkamaek）法 在站1點架設(shè)儀器，向一方向距離為10m的地方安置水準(zhǔn)尺A，在其相反的方向約為10m的地方安置水準(zhǔn)尺B，分別記錄對A、B兩點的讀數(shù)。在B點作一標(biāo)記，將水準(zhǔn)尺沿同方向在距儀器30m的位置安置水準(zhǔn)尺B，并標(biāo)記該點，然后將儀器遷至此處整平即為站2，同時水準(zhǔn)尺回到原B點，在站2處分別觀測A、B兩點并記錄讀數(shù)。即為在相距20m的距離, 首先在兩條水準(zhǔn)尺A、B中點安置儀器站1進(jìn)行讀數(shù)，然后在兩條水準(zhǔn)尺連線上距其中之一20m處安

29、置另一儀器站2，進(jìn)行讀數(shù)。則儀器i角為: （14） 式中各符號與式（12）一致，如圖10所示[3,7-9]。 圖10 庫式法 為確保準(zhǔn)確度，重復(fù)上述操作三次，得出三組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表8所示。 表 8 觀測數(shù)據(jù) 測站編號 第一次 A B 1 距離（m） 10.027 10.032 讀數(shù)（m） 1.39429 1.39172 2 距離（m） 40.087 19.994 讀數(shù)（m） 1.37819 1.37508 測站編號 第二次 A B 1 距離（m） 10.031 10.026 讀數(shù)（m） 1

30、.39434 1.39199 2 距離（m） 40.074 19.993 讀數(shù)（m） 1.37814 1.37519 測站編號 第三次 A B 1 距離（m） 10.030 10.030 讀數(shù)（m） 1.39430 1.39185 2 距離（m） 40.078 19.993 讀數(shù)（m） 1.37816 1.37512 第一次數(shù)據(jù)帶入得 第二次數(shù)據(jù)帶入得 第三次數(shù)據(jù)帶入得 3.2.5 日本（Japanese）法 該方法基本上與庫式法相同，只是兩條水準(zhǔn)尺的距離為30 m，另一儀器站2距水準(zhǔn)尺A的距離為3

31、m。具體方法為：在站1點架設(shè)儀器，離儀器15m的距離處放置水準(zhǔn)尺A，并標(biāo)記該點，相反的方向離儀器15m的距離處放置水準(zhǔn)尺B，分別記錄對A、B的讀數(shù)。再將水準(zhǔn)尺A移至相同方向與站1相距18m的地方，并標(biāo)記該點，然后將儀器移至該點，此為站2，同時水準(zhǔn)尺A返回剛才的位置，在站2點分別觀測并記錄對A、B的讀數(shù)。則儀器i角為： （15） 式中各符號與式（12）相同，如圖11所示[3,7-9]。 圖11 日本法 為確保準(zhǔn)確度，重復(fù)上述操作三次，得出三組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)如表9所示。 表 9 觀測數(shù)據(jù) 測站編號 第一次 A B 1 距離（m

32、） 15.006 14.992 讀數(shù)（m） 1.38109 1.39448 2 距離（m） 3.008 33.067 讀數(shù)（m） 1.38251 1.39734 測站編號 第二次 A B 1 距離（m） 15.010 14.993 讀數(shù)（m） 1.38103 1.39455 2 距離（m） 3.006 33.056 讀數(shù)（m） 1.38254 1.39754 測站編號 第三次 A B 1 距離（m） 15.010 14.993 讀數(shù)（m） 1.38103 1.39455 2 距離（m） 3.006 33.

33、056 讀數(shù)（m） 1.38254 1.39754 第一次數(shù)據(jù)帶入得 第二次數(shù)據(jù)帶入得 第三次數(shù)據(jù)帶入得 3.3 實際測試分析與結(jié)論 （1）分別將上述五種方法中對應(yīng)的每三組數(shù)據(jù)求最或然值，見表10。 表10 i角最或然值計算 i角檢驗校正方法 i角數(shù)值 最或然值 基本原理檢校方法 費式(Forstner) 法 李式（Nabauer）法 庫式（Kukkamaek）法 日本（Japanese）法 （2）以上五種方法均是把檢驗和校正結(jié)合為一體，經(jīng)實際

34、測試，檢驗之后儀器可自動完成校正，使i角達(dá)到允許的范圍內(nèi)，符合國家水準(zhǔn)測量規(guī)范中一等水準(zhǔn)點i，二等水準(zhǔn)點i的要求[10]。例如：測試中，用費氏法校正后，i角為；用李氏法校正后i角為。 （3）以上五種方法得出的i角存在差異，其誤差主要來源于三個方面：儀器誤差、觀測誤差、外界條件的影響，其中儀器誤差主要由視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行的誤差和水準(zhǔn)尺誤差引起的，觀測誤差主要由精平誤差、調(diào)焦誤差、水準(zhǔn)尺傾斜誤差引起，而外界環(huán)境的影響則主要源于水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)尺下沉誤差、大氣折光的影響、日照及風(fēng)力引起的誤差等。 （4）五種方法的對比分析 ①五種方法的基本原理相同，都是立兩個水準(zhǔn)尺，水準(zhǔn)儀不僅安置在兩個水準(zhǔn)尺的中

35、間處，而且安置在距兩個水準(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。 ②普通光學(xué)機(jī)械水準(zhǔn)儀在校正i角時，都需要利用校正針來改正望遠(yuǎn)鏡十字絲或者水準(zhǔn)管，操作比較麻煩。而數(shù)字水準(zhǔn)儀校正i角時，五種方法都是用儀器內(nèi)部的程序來校正i角，自動化程度高，校正的結(jié)果更可靠。 ③采用五種不同方法時，兩次安置水準(zhǔn)儀時，水準(zhǔn)儀的移動距離不同，參見表11。 表 11 兩次安置時水準(zhǔn)儀的相對距離 i角檢驗校正方法 水準(zhǔn)儀的移動距離(m) 說明 基本原理檢校方法 27 水準(zhǔn)儀移動距離

36、較大 費式(Forstner) 法 15 水準(zhǔn)儀移動距離最小 李式（Nabauer）法 45 水準(zhǔn)儀移動距離最大 庫式（Kukkamaek）法 30 水準(zhǔn)儀移動距離較大 日本（Japanese）法 18 儀器與尺之間距離變化大 ④采用五種不同方法時，水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺之間的相對位置不同。參見表12。 表 12 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的相對位置 i角檢驗校正方法 水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺的相對位置 基本原理檢校方法 水準(zhǔn)儀安置在兩個水準(zhǔn)尺之間 費式(Forstner) 法 水準(zhǔn)儀安置在兩個水準(zhǔn)尺之間 李式（Nabauer）法 水準(zhǔn)儀安置在兩個水準(zhǔn)尺的外側(cè) 庫式（Ku

37、kkamaek）法 水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺間隔放置 日本（Japanese）法 儀器距離尺的距離變化大調(diào)焦變化大 （5）根據(jù)實驗測試結(jié)果，費式(Forstner) 法與其他三種方法對比，該法儀器移動的距離較小，儀器位于兩水準(zhǔn)尺之間，且調(diào)焦距變動小，操作簡便，測量結(jié)果也同樣可靠，因此費式(Forstner) 法更為適用[5,7]。 4 i角誤差分析 4.1 觀測中誤差的確定 將儀器置于一點處，水準(zhǔn)尺分別立于15、20、30m處，瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)儀每隔一分鐘測量一次，每一個點共測30次，求取測量時觀測中誤差。下面表13、14、15分別是水準(zhǔn)尺讀數(shù)樣本值。 表 13 視距為15m時水準(zhǔn)尺讀

38、數(shù)樣本值 觀測次序 觀測值（m） 觀測次序 觀測值（m） 觀測次序 觀測值（m） 1 1.44874 11 1.44875 21 1.44870 2 1.44869 12 1.44873 22 1.44880 3 1.44884 13 1.44879 23 1.44869 4 1.44878 14 1.44882 24 1.44871 5 1.44874 15 1.44878 25 1.44879 6 1.44879 16 1.44882 26 1.44872 7 1.44875 17 1.44873

39、 27 1.44874 8 1.44878 18 1.44868 28 1.44881 9 1.44878 19 1.44875 29 1.44883 10 1.44880 20 1.44884 30 1.44877 取平均數(shù)得，可以求得，代入白塞爾公式，可以計算得觀測中誤差 表 14 視距為20m時水準(zhǔn)尺讀數(shù)樣本值 觀測次序 觀測值（m） 觀測次序 觀測值（m） 觀測次序 觀測值（m） 1 1.44269 11 1.44274 21 1.44272 2 1.44272 12 1

40、.44268 22 1.44273 3 1.44277 13 1.44274 23 1.44268 4 1.44279 14 1.44273 24 1.44269 5 1.44276 15 1.44277 25 1.44274 6 1.44270 16 1.44270 26 1.44270 7 1.44276 17 1.44266 27 1.44277 8 1.44272 18 1.44270 28 1.44276 9 1.44275 19 1.44271 29 1.44272 10 1.44275

41、20 1.44274 30 1.44273 取平均數(shù)得，可以求得，代入白塞爾公式，可以計算得觀測中誤差 表 15 視距為30m時水準(zhǔn)尺讀數(shù)樣本值 觀測次序 觀測值（m） 觀測次序 觀測值（m） 觀測次序 觀測值（m） 1 1.43930 11 1.43931 21 1.43941 2 1.43940 12 1.43933 22 1.43931 3 1.43939 13 1.43927 23 1.43927 4 1.43931 14 1.43930 24 1.43930 5 1.43928 15 1.43928 2

42、5 1.43944 6 1.43929 16 1.43931 26 1.43937 7 1.43939 17 1.43939 27 1.43935 8 1.43930 18 1.43928 28 1.43939 9 1.43933 19 1.43934 29 1.43931 10 1.43926 20 1.43937 30 1.43928 取平均數(shù)得，可以求得，代入白塞爾公式，可以計算得觀測中誤差 根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，可求出觀測中誤差，見表16。 表 16 觀測中誤差最或然值 視距（m） 觀測中誤差（mm） 觀測中誤差最或

43、然值（mm） 15 0.051 0.044 20 0.049 30 0.033 4.2 i角中誤差的計算 設(shè)儀器安置于A、B的中間，讀數(shù)依次為、，則高差為 （16） 然后改變儀器高度重新觀測，讀數(shù)依次為、，則高差為 （17） 那么A、B兩點的正確高差為 （18） 現(xiàn)將儀器安置在AB直線上非中間點觀測，讀數(shù)依次為，，則高差為

44、 （19） 那么，含i角誤差的高差與無i角誤差的高差之差為 （20） 設(shè)AB 的距離為，則有 （21） 全微分上式可得 （22） 一般說來，、、、、、可認(rèn)為是等精度獨立觀測值，設(shè)中誤差為m，中誤差設(shè)為，i中誤差設(shè)為，則由誤差傳播定律可得 （23） 因為一般大于10

45、m，m一般大于等于1mm,在1cm及以下，容易控制在10cm及以下。所以，上式中右邊分子的第一項遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二項，于是，可以舍去右邊分子的第二項，簡化得 （24） 分別取為10m、15m 、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80m，m取0.044mm，按式（24）可得表17（取的3倍）。 表 17 i角誤差計算 10 15 20 30 40 50 60 70 80 1.57 1.05 0.79 0.52 0.39 0.31 0.27 0.

46、22 0.20 4.72 3.14 2.36 1.57 1.18 0.94 0.79 0.67 0.59 下面結(jié)合以上五種i角檢校方法實際分析i角誤差，如表18所示。 表 18 i角檢校方法誤差計算 i角檢驗校正方法 距離/m i角誤差 基本原理檢校方法 60 0.27 費式(Forstner) 法 45 0.35 李式（Nabauer）法 15 1.05 庫式（Kukkamaek）法 20 0.79 日本（Japanese）法 30 0.52 從上表可以看出，i角誤差的變化是隨著AB距離的增大而減小的。 4.3

47、 i角誤差分析 當(dāng)取為10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m、80mm時，再取(讀數(shù)誤差取1mm是很合理的)，按式（24）可得i角誤差限差的一個參考標(biāo)準(zhǔn)，見表19（取的3倍）。 表 19 i角誤差計算 10 20 30 40 50 60 70 80 35.7 17.9 11.9 8.9 7.1 6.0 5.1 4.5 107.1 53.6 35.7 26.8 21.4 17.9 15.3 13.4 由表19可知： （1）隨著AB距離增加，和都在減小，但是規(guī)范規(guī)定，一等水準(zhǔn)要求AB距離不能超過30m，而二等

48、水準(zhǔn)要求AB距離不能超過50m。因此，AB距離有一個界限，不能為了減少和，而隨意增大AB距離。 （2）籠統(tǒng)地說一等水準(zhǔn)的i不要超過是不恰當(dāng)?shù)?，?yīng)該指明檢測時AB的距離，并按AB的距離確定限差。比如，當(dāng)AB距離為30m時，容許誤差是，而不是，那么，這時i算出的結(jié)果若是，也是對的。而人們并沒有認(rèn)識到這一點。 （3）當(dāng)AB兩點的距離在60-80m時，i角容許誤差小于；當(dāng)AB兩點的距離小于60m時，i角容許誤差可能大于。規(guī)范又規(guī)定，四等水準(zhǔn)要求AB距離不能超過80m，這就回答了為什么在一定條件下水準(zhǔn)儀i角檢驗時標(biāo)尺間距60-80m。但若按三等水準(zhǔn)的話，水準(zhǔn)儀i角檢驗時標(biāo)尺間距為60-80m就不一定

49、對了。 （4）當(dāng)AB兩點的距離在50m及以下時，i角容許誤差大于，如果仍按內(nèi)要求，則顯得條件苛刻。因此，應(yīng)按表19選擇i角容許誤差。 （5）數(shù)字水準(zhǔn)儀采用的某三種i角檢校方法，由于AB的距離短，因此，應(yīng)合理確定i角容許誤差，而不能拘于。但是現(xiàn)在，人們總是強調(diào)數(shù)字水準(zhǔn)儀的自動化，而忽略了i角容許誤差與AB的距離的關(guān)系，這是有害的[9,11]。 （6）由于隨著i角的增大，其測定精度會降低，因此當(dāng)i角較大時，水準(zhǔn)儀i角的檢驗與校正必須反復(fù)進(jìn)行。

50、 結(jié) 論 本論文針對天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行i角誤差檢校并進(jìn)行誤差分析。論文需要結(jié)合儀器實際，具有一定的深度，涉及專業(yè)知識較深入，工作量較大。通過本論文采用不同的方法實際操作天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀，觀測得到數(shù)據(jù)從而計算出i角誤差，然后進(jìn)行方法對比從而得出比較實用的方法，最后對i角進(jìn)行誤差分析，主要得出如下結(jié)論： （1）在闡述天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀以及i角誤差檢校的原因及意義基礎(chǔ)上，制定了天寶Di

51、Ni03數(shù)字水準(zhǔn)儀i角誤差檢校方法，即基本原理檢校方法、費式(Forstner) 法、李式（Nabauer）法、庫式（Kukkamaek）法、日本（Japanese）法； （2）依據(jù)《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB12897—2006），實際操作天寶DiNi03系列數(shù)字水準(zhǔn)儀，得出計算i角誤差的原始數(shù)據(jù)并計算出i角誤差； （3）比較不同的檢校方法，得出費式(Forstner) 法是比較實用的i角誤差檢校方法； （4）進(jìn)行了i角誤差分析，得出水準(zhǔn)儀i角檢驗時，i角限差到底選多少，應(yīng)根據(jù)AB標(biāo)尺的距離而定，而不能不管距離、一視同仁。

52、 致 謝 本次畢業(yè)論文是在我的導(dǎo)師 的全力幫助下完成的，從選題、前期技術(shù)資料的準(zhǔn)備、整篇論文的完成。感謝他在各方面給予我的幫助，他認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、熱情務(wù)實的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他的循循善誘也對我?guī)椭艽蟆? 感謝學(xué)校各位老師們在我這大學(xué)四年里悉心的指導(dǎo)和孜孜不倦的教誨。他們在專業(yè)學(xué)習(xí)上嚴(yán)格要求，為我的學(xué)習(xí)花費了很多心血，并為我營造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。四年的大學(xué)經(jīng)歷也讓我收獲了不少工作、學(xué)習(xí)的經(jīng)驗，在我面對生活，走向社會的時候，這些經(jīng)歷總能讓我更快的適應(yīng)周圍的環(huán)境。 感謝在此期間我要感謝幫助過我的其他所有老師，四年來他們傳授給我專業(yè)知識和做人的道

53、理，讓我不僅在學(xué)業(yè)還是其他方面都有提高，同時也為以后走上工作崗位奠定了基礎(chǔ)。 最后，對在百忙之中對我的論文進(jìn)行評審并提出寶貴意見的各位專家、教授致以誠摯的謝意。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 歲有中，郝永青，張霞新.數(shù)字水準(zhǔn)儀的原理及應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2008(8)：208-209. [2] 孫堅.數(shù)字水準(zhǔn)儀的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].北京測繪，1998(3):33-35. [3] 羅官德，任道勝，陳如麗.數(shù)字水準(zhǔn)儀i角檢校方法探討[J].測繪信息與工程，2002(8)：45. [4] 潘正鳳，楊正堯，程效軍，

54、等.數(shù)字測圖原理與方法[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2007. [5] 顧若冰.電子水準(zhǔn)儀i角檢驗校正方法比較研究[J].礦山測量，2008 (10):15-20. [6] 彭瓊芬.檢驗水準(zhǔn)儀i角誤差實驗方法的改進(jìn)[J].山西建筑，2007(9):357. [7] 王欣.數(shù)字水準(zhǔn)儀i角檢校方法對比研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010(13):15. [8] 閆占瑞，劉全明.數(shù)字水準(zhǔn)儀i角隨溫度變化的影響分析[J].鐵道勘察，2005(5):9. [9] 張偉富，劉文谷.水準(zhǔn)儀i角檢驗方法及其精度分析[J]. 重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2003(10):47-51. [10] 國家測繪局.GB12897—2006國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S]. [11] 鄧永和.水準(zhǔn)儀i角檢驗的誤差分析[J].鐵道勘察，2010(6):18-19.