水準(zhǔn)儀是建立水平視線測(cè)定地面兩點(diǎn)間高差的儀器。原理為根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量原理測(cè)量地面點(diǎn)間高差。主要部件有望遠(yuǎn)鏡、管水準(zhǔn)器（或補(bǔ)償器）、垂直軸、基座、腳螺旋。按結(jié)構(gòu)分為微傾水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、激光水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀（又稱(chēng)電子水準(zhǔn)儀）。按精度分為精密水準(zhǔn)儀和普通水準(zhǔn)儀。

歷史沿革

水準(zhǔn)儀是在17～18世紀(jì)發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡和水準(zhǔn)器后出現(xiàn)的。20世紀(jì)初，在制出內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡和符合水準(zhǔn)器的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出微傾水準(zhǔn)儀。20世紀(jì)50年代初出現(xiàn)了自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀；60年代研制出激光水準(zhǔn)儀；90年代出現(xiàn)電子水準(zhǔn)儀或數(shù)字水準(zhǔn)儀。

儀器原理

微傾水準(zhǔn)儀

借助于微傾螺旋獲得水平視線的一種常用水準(zhǔn)儀。作業(yè)時(shí)先用圓水準(zhǔn)器將儀器粗略整平，每次讀數(shù)前再借助微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)器在豎直面內(nèi)俯仰，直到符合水準(zhǔn)氣泡精確居中，使視線水平。微傾的精密水準(zhǔn)儀同普通水準(zhǔn)儀比較，前者管水準(zhǔn)器的分劃值小、靈敏度高，望遠(yuǎn)鏡的放大倍率大，明亮度強(qiáng)，儀器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，特別是望遠(yuǎn)鏡與管水準(zhǔn)器之間的聯(lián)接牢固,裝有光學(xué)測(cè)微器，并配有精密水準(zhǔn)標(biāo)尺，以提高讀數(shù)精度。中國(guó)生產(chǎn)的微傾式精密水準(zhǔn)儀，其望遠(yuǎn)鏡放大倍率為40倍,管水準(zhǔn)器分劃值為10″/2毫米，光學(xué)測(cè)微器zui 小讀數(shù)為0.05毫米，望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)部分、管水準(zhǔn)器和光學(xué)測(cè)微器都共同安裝在防熱罩內(nèi)。

自動(dòng)安平

借助于自動(dòng)安平補(bǔ)償器獲得水平視線的一種水準(zhǔn)儀。它的特點(diǎn)主要是當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視線有微量?jī)A斜時(shí)，補(bǔ)償器在重力作用下對(duì)望遠(yuǎn)鏡作相對(duì)移動(dòng),從而能自動(dòng)而迅速地獲得視線水平時(shí)的標(biāo)尺讀數(shù)。補(bǔ)償?shù)幕驹硎牵寒?dāng)望遠(yuǎn)鏡視線水平時(shí)，與物鏡主點(diǎn)同高的水準(zhǔn)標(biāo)尺上物點(diǎn)P構(gòu)成的像點(diǎn)Z₀應(yīng)落在十字絲交點(diǎn)Z上。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)水平線傾斜一小角α后，十字絲交點(diǎn)Z向上移動(dòng)，但像點(diǎn)Z₀仍在原處，這樣即產(chǎn)生一讀數(shù)差Z₀Z。當(dāng)很小時(shí)可以認(rèn)為Z₀Z 的間距為α×f′（f′為物鏡焦距），這時(shí)可在光路中K點(diǎn)裝一補(bǔ)償器，使光線產(chǎn)生屈折角β，在滿足α×f′=β×S₀（S₀為補(bǔ)償器至十字絲中心的距離，即KZ）的條件下，像Z₀就落在Z點(diǎn)上；或使十字絲自動(dòng)對(duì)儀器作反方向擺動(dòng)，十字絲交點(diǎn)Z落在Z₀點(diǎn)上。

如光路中不采用光線屈折而采用平移時(shí)，只要平移量等于Z0Z，則十字絲交點(diǎn)Z落在像點(diǎn)Z₀上，也同樣能達(dá)到Z₀和Z重合的目的。自動(dòng)安平補(bǔ)償器按結(jié)構(gòu)可分為活動(dòng)物鏡、活動(dòng)十字絲和懸掛棱鏡等多種。補(bǔ)償裝置都有一個(gè)“擺”，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視線略有傾斜時(shí)，補(bǔ)償元件將產(chǎn)生擺動(dòng)，為使“擺”的擺動(dòng)能盡快地得到穩(wěn)定，必須裝一空氣阻尼器或磁力阻尼器。這種儀器較微傾水準(zhǔn)儀工效高、精度穩(wěn)定，尤其在多風(fēng)和氣溫變化大的地區(qū)作業(yè)更為顯著。

激光水準(zhǔn)儀

利用激光束代替人工讀數(shù)的一種水準(zhǔn)儀。將激光器發(fā)出的激光束導(dǎo)入望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)，使其沿視準(zhǔn)軸方向射出水平激光束。

利用激光的單色性和相干性，可在望遠(yuǎn)鏡物鏡前裝配一塊具有一定遮光圖案的玻璃片或金屬片，即波帶板，使之所生衍射干涉。經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，在波帶板的調(diào)焦范圍內(nèi)，獲得一明亮而精細(xì)的十字型或圓形的激光光斑，從而更精確地照準(zhǔn)目標(biāo)。如在前、后水準(zhǔn)標(biāo)尺上配備能自動(dòng)跟蹤的光電接收靶，即可進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。在施工測(cè)量和大型構(gòu)件裝配中，常用激光水準(zhǔn)儀建立水平面或水平線。

數(shù)字水準(zhǔn)儀是目前zui *的水準(zhǔn)儀，配合專(zhuān)門(mén)的條碼水準(zhǔn)尺，通過(guò)儀器中內(nèi)置的數(shù)字成像系統(tǒng)，自動(dòng)獲取水準(zhǔn)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(cè)繪作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，避免人為的主觀讀數(shù)誤差，提高測(cè)量精度和效率。

電子水準(zhǔn)儀

電子水準(zhǔn)儀又稱(chēng)數(shù)字水準(zhǔn)儀，它是在自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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。2013年前照準(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)尺條碼一方面被成像在望遠(yuǎn)鏡分化板上，供目視觀測(cè)，另一方面通過(guò)望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，標(biāo)尺條碼又被成像在光電傳感器（又稱(chēng)探測(cè)器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數(shù)。因此，如果使用傳統(tǒng)水準(zhǔn)標(biāo)尺，電子水準(zhǔn)儀又可以像普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀一樣使用。不過(guò)這時(shí)的測(cè)量精度低于電子測(cè)量的精度。特別是精密電子水準(zhǔn)儀，由于沒(méi)有光學(xué)測(cè)微器，當(dāng)成普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀使用時(shí)，其精度更低。

當(dāng)前電子水準(zhǔn)儀采用了原理上相差較大的三種自動(dòng)電子讀數(shù)方法：

1）相關(guān)法（徠卡NA3002/3003）

2) 幾何法（蔡司DiNi10/20）

3) 相位法（拓普康DL101C/102C）

分類(lèi)

微傾水準(zhǔn)儀

借助微傾螺旋獲得水平視線。其管水準(zhǔn)器分劃值小、靈敏度高。望遠(yuǎn)鏡與管水準(zhǔn)器聯(lián)結(jié)成一體。憑借微傾螺旋使管水準(zhǔn)器在豎直面內(nèi)微作俯仰，符合水準(zhǔn)器居中，視線水平。

自動(dòng)安平

借助自動(dòng)安平補(bǔ)償器獲得水平視線。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視線有微量?jī)A斜時(shí)，

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀

補(bǔ)償器在重力作用下對(duì)望遠(yuǎn)鏡作相對(duì)移動(dòng)，從而迅速獲得視線水平時(shí)的標(biāo)尺讀數(shù)。這種儀器較微傾水準(zhǔn)儀工效高、精度穩(wěn)定。

激光水準(zhǔn)儀

利用激光束代替人工讀數(shù)。將激光器發(fā)出的激光束導(dǎo)入望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)使其沿視準(zhǔn)軸方向射出水平激光束。在水準(zhǔn)標(biāo)尺上配備能自動(dòng)跟蹤的光電接收靶，即可進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量

數(shù)字水準(zhǔn)儀

這是20世紀(jì)90年代發(fā)展的水準(zhǔn)儀，集光機(jī)電、計(jì)算機(jī)和圖像處理等*為一體，是現(xiàn)代科技zui 新發(fā)展的結(jié)晶。

主要系列

DS03高精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀

DS03高精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀是采用內(nèi)置式的測(cè)微平板結(jié)構(gòu)，采用齒輪直接嚙合的測(cè)微結(jié)構(gòu)，*消除了傳統(tǒng)測(cè)微平板結(jié)構(gòu)中存在的行差，讀數(shù)由顯示屏上直接顯示，消除了測(cè)微尺讀數(shù)存在的讀數(shù)誤差，儀器采用全密封設(shè)計(jì)，能有效地防塵防水，密封等級(jí)可達(dá)IP55；放大倍率和物鏡口徑更大，觀測(cè)目標(biāo)更清晰；補(bǔ)償器的固定采用獲得國(guó)家zhuanli的新技術(shù)，提高了儀器的可靠性和穩(wěn)定性。儀器外觀平衡協(xié)調(diào)，安置穩(wěn)定，水準(zhǔn)器精度更高，居中性能更好。

DS03高精密水準(zhǔn)儀

DS03水準(zhǔn)儀是當(dāng)前weiyi能做到批量生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)高精密級(jí)水準(zhǔn)儀，必將以其穩(wěn)定可靠的性能、高等級(jí)的測(cè)量精度、*新穎的外形結(jié)構(gòu)新一代國(guó)產(chǎn)水準(zhǔn)儀的潮流。DS03高精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀是內(nèi)置測(cè)微平板的高精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，儀器利用自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)和內(nèi)置編碼器和數(shù)字電路處理的測(cè)微系統(tǒng)，并由顯示屏直接顯示測(cè)微讀數(shù)，直讀0.01mm,精確可靠，zui 重要的一點(diǎn)是，DS03水準(zhǔn)儀1km往返水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到0.3mm的水平，在國(guó)內(nèi)所有品種水準(zhǔn)儀中是zui 高的。經(jīng)測(cè)試，1km往返差*達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高精密級(jí)水準(zhǔn)儀的要求。

應(yīng)用領(lǐng)域

DS03水準(zhǔn)儀是一款真正的高精密級(jí)光學(xué)水準(zhǔn)儀，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都滿足國(guó)標(biāo)《水準(zhǔn)儀GB 101562009》

中系列儀器的要求。

可以應(yīng)用于國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量及地震水準(zhǔn)測(cè)量，建筑工程測(cè)量，變形及沉降監(jiān)測(cè)，礦山測(cè)量，

大型機(jī)器安裝，工具加工測(cè)量和精密工程測(cè)量等。

●水準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量 / ●變形監(jiān)測(cè)、地面沉降的監(jiān)測(cè) / ●工業(yè)測(cè)量 / ●隧道和礦山測(cè)量 / ●地形測(cè)量 水準(zhǔn)線路測(cè)量、

區(qū)域水準(zhǔn)測(cè)量、水準(zhǔn) 網(wǎng)測(cè)量、等高線測(cè)量 / ●道路和鐵路施工放樣縱斷面測(cè)量、橫斷面測(cè)量、高程放樣

DL系列

拓普康電子水準(zhǔn)儀DL101C/102C采用相位法。標(biāo)尺的條碼像經(jīng)望遠(yuǎn)鏡、調(diào)焦鏡、補(bǔ)償器的光學(xué)零件和分光鏡后，分成兩路，一路成像在CCD線陣上，用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，另一路成像在分劃板上，供目視觀測(cè)。DL101標(biāo)尺上部份條碼的圖案，其中有三種不同的碼條。R表示參考碼，其中有三條2mm寬的黑色碼條，每?jī)蓷l黑色碼條之間是一條1mm寬的黃色碼條。以中間的黑碼條的中心線為準(zhǔn)，每隔30mm就有一組R碼條重復(fù)出現(xiàn)。在每組R碼條左邊10mm處有一道黑色的B碼條。在每組參考碼R的右邊10mm處為一道黑色的A碼條。讀者不難發(fā)現(xiàn)，每組R碼條兩邊的A和B碼條的寬窄不相同，實(shí)際上A和B碼條的寬度是在0到10mm之間變化，這兩種碼包含了水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)的高度信息。

儀器設(shè)計(jì)時(shí)有意安排了它們的寬度按正弦規(guī)律變化。其中A碼條的周期為600mm，B碼條的周期為570mm。當(dāng)然，R碼條組兩邊的黃碼條寬度也是按正弦規(guī)律變化的，這樣在標(biāo)尺長(zhǎng)度方向上就形成了亮暗強(qiáng)度按正弦規(guī)律周期變化的亮度波。條碼的下面畫(huà)出了波形。縱坐標(biāo)表示黑條碼的寬度，橫坐標(biāo)市標(biāo)尺的長(zhǎng)度。實(shí)線為A碼的亮度波，虛線為B碼的亮度波。由于A和B兩條碼變化的周期不同，也可以說(shuō)A和B亮度波的波長(zhǎng)不同，在標(biāo)尺長(zhǎng)度方向上的每一位置上兩亮度波的相位差也不同。這種相位差就好像傳統(tǒng)水準(zhǔn)標(biāo)尺上的分劃，它可由標(biāo)出標(biāo)尺的長(zhǎng)度。只要3能測(cè)出標(biāo)尺底部某處的相位差，也就可由知道該處到標(biāo)尺底部的高度，因?yàn)橄辔徊羁梢宰鞯胶蜆?biāo)尺長(zhǎng)度一一對(duì)應(yīng)，即具有單值性。這就是適當(dāng)選則兩亮度波的波長(zhǎng)，在DL101中A碼的周期為600mm，B碼的周期為570mm，它們的zui 小公倍數(shù)為11400mm，因此在3m長(zhǎng)的標(biāo)尺上不會(huì)有相同的相位差。為了確保標(biāo)尺底端面，或說(shuō)相位差分劃的端點(diǎn)相位差具有weiyi性，A和B碼的相位在此錯(cuò)過(guò)了π/2。

DL－102C的標(biāo)尺與DL－101C的略有區(qū)別，DL－102C的標(biāo)尺為白底黑條碼，A碼的波長(zhǎng)為330mm，zui 小公倍數(shù)為3300mm。A和B碼在波長(zhǎng)底部錯(cuò)開(kāi)的相位差為π。DL101－C的標(biāo)尺與DL－102C的標(biāo)尺可由互換使用。

當(dāng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)標(biāo)尺后，標(biāo)尺上某一段的條碼就成像在線陣CCD上，黃條碼使CCD產(chǎn)生光電流，隨條碼寬窄的改變，光電流強(qiáng)度也變化。將它進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)后，得到不同的灰度值。視距在Δ0.6m時(shí)標(biāo)尺上某小段成像到CCDA上經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，得到的不同灰度值(縱坐標(biāo))，橫坐標(biāo)是CCD上象素的序號(hào)，當(dāng)灰度值逐一輸出時(shí)，橫軸就代表時(shí)間了。橫坐標(biāo)標(biāo)記的數(shù)字判斷，儀器采用了512個(gè)象素的線陣CCD。視距和視線高的信息的測(cè)量信號(hào)。

如何從上述測(cè)量信號(hào)中求出A和B兩亮度波的相位差呢？下文用測(cè)量人員容易理解的方式來(lái)說(shuō)明。設(shè)想縱坐標(biāo)的灰度值就是表示亮度大小的十進(jìn)位數(shù)字，而且橫坐標(biāo)尺寸已放大到和標(biāo)尺尺寸一致。用一波長(zhǎng)為600mm的正弦曲線中的離散灰度值曲線擬合，就可由得到A波的zui 大振幅和初相位。再用波長(zhǎng)為570mm的正弦曲線，就可由得到B波的zui 大振幅和初相位。人們對(duì)zui 大振幅不太感興趣，因?yàn)殡S著標(biāo)尺上的照度不同，zui 大振幅在不同次數(shù)的測(cè)量中也不同，對(duì)求視線高無(wú)關(guān)緊要。求出的A和B兩亮度波的初相位之差就是高度數(shù)據(jù)。不過(guò)這是與CCD上di yi個(gè)象素對(duì)應(yīng)的位置到標(biāo)尺底端面的高度。人們不難把它換算成CCD中點(diǎn)象素上的相位差，這就好象是中絲讀數(shù)。

像上述那樣人工處理測(cè)量信號(hào)是很麻煩的，而且很費(fèi)時(shí)間。在DL系列中則采用快速傅里葉變換(FFT)計(jì)算方法將測(cè)量信號(hào)在信號(hào)分析器中分解成三個(gè)頻率分量。由A和B兩信號(hào)的相位求相位差，即得到視線高讀數(shù)。這只是初讀數(shù)。因?yàn)橐暰嗖煌瑫r(shí)，標(biāo)尺上的波長(zhǎng)與測(cè)量信號(hào)波長(zhǎng)的比例不同。雖然在同一視距上A和B的波長(zhǎng)相同，可由求出相位差，或說(shuō)視線高，但是可以想象其精度并不高。

R碼是為了提高讀數(shù)精度和求視距二安排的。設(shè)兩組R碼的間距為P(=30mm)，它在CCD行陣上成象所占的象素個(gè)數(shù)為Z,象素寬為D(=25μm)，則P在CCD行陣上的成象長(zhǎng)度為:

L=Z*b (3－1)

Z可由一信號(hào)分析中得出，b是CCD光敏窗口的寬度，因此l和P都為已知數(shù)據(jù)。根據(jù)幾何光學(xué)成象原理，可以象傳統(tǒng)儀器用視距絲測(cè)量距離的視距測(cè)量原理一樣求出視距：

D=P/l*f (3－2)

式中f是望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦距。同時(shí)還可以求出物象比

A=P/l (3－3)

于是將測(cè)量信號(hào)放大到與標(biāo)尺上的一樣時(shí)，再進(jìn)行相位測(cè)量，就可以精確得出相位差，即視線高。

電子水準(zhǔn)儀的三種測(cè)量原理各有奧妙，三類(lèi)儀器都經(jīng)受了各種檢驗(yàn)和實(shí)際測(cè)量的考驗(yàn)，能勝任精密水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)。

誤差分析

數(shù)字水準(zhǔn)儀是由光學(xué)機(jī)械部分和電子設(shè)備組成,其誤差除由以上兩項(xiàng)單獨(dú)所產(chǎn)生的而外,還包括二者組合產(chǎn)生的誤差。其中光學(xué)機(jī)械部分產(chǎn)生的誤差已被大家所熟知。主要包括a、圓水準(zhǔn)器誤差;b、調(diào)焦透鏡運(yùn)行誤差;c、豎軸傾斜引起的視準(zhǔn)軸誤差;d、自動(dòng)補(bǔ)償器的補(bǔ)償誤差。以下主要討論電子設(shè)備和二者組合所產(chǎn)生的誤差^[1]  。

1線陣探測(cè)器(CCD)的物理特性引起的誤差

1.1光線的強(qiáng)弱引起條碼標(biāo)尺影像對(duì)比度的誤差影響

數(shù)字水準(zhǔn)儀是根據(jù)條碼影像在探測(cè)器上的位置和比例進(jìn)行測(cè)量的,CCD的物理特性決定其在光線過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱、條碼標(biāo)尺表面光照不均勻、觀測(cè)瞬間強(qiáng)光閃爍、外界熱閃爍等情況下,都會(huì)大大降低標(biāo)尺成像的對(duì)比度,也會(huì)造成局部失真,這將造成測(cè)量誤差,甚至無(wú)法讀數(shù)。^[1] 

1.2人工光線的影響

徠卡NA系列數(shù)字水準(zhǔn)儀的探測(cè)器是利用紅外光部分(CCD陣列對(duì)紅外光zui 敏感)接收和檢測(cè)條碼影像的。因此,在人工光線下進(jìn)行測(cè)量時(shí),如紅外光成份較弱時(shí),會(huì)造成測(cè)量誤差,甚至無(wú)法讀數(shù)。而在這方面,蔡司DINI系列數(shù)字水準(zhǔn)儀是采用可見(jiàn)光接收和檢測(cè)條碼影像,所以不受此影響。^[1] 

2信號(hào)分析和處理的誤差

2.1信號(hào)分析方法的誤差

徠卡NA系列數(shù)字水準(zhǔn)儀采用相關(guān)法進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),儀器內(nèi)存儲(chǔ)的參考信號(hào)(偽隨機(jī)碼)與測(cè)量信號(hào)(偽隨機(jī)碼)的相關(guān)(對(duì)齊)精度約為碼元寬度(或碼的波長(zhǎng))的1%。條碼標(biāo)尺的碼元寬度為2.025mm,因此相關(guān)精度約為0.02mm。^[1] 

2.2zui 大相關(guān)系數(shù)計(jì)算的誤差

數(shù)字水準(zhǔn)儀相關(guān)時(shí),在精度相關(guān)搜索區(qū)域內(nèi),測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)帶全八位數(shù)被相關(guān),因?yàn)閮尚盘?hào)的振幅不同,zui 大相關(guān)系數(shù)是在高度和距離坐標(biāo)系內(nèi)逐點(diǎn)計(jì)算:zui 大相關(guān)位置的精度取決于格網(wǎng)的尺寸,相關(guān)的內(nèi)插計(jì)算,忽略丟失條碼造成的影響。^[1] 

2.3測(cè)量信號(hào)處理(圖像處理)的誤差

數(shù)字水準(zhǔn)儀的測(cè)量信號(hào)處理是獲得高精度水準(zhǔn)測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié),條碼影像在CCD陣列上的成象的質(zhì)量以及處理技術(shù)的優(yōu)劣,在很大程度上決定著測(cè)量的精度。引起圖像誤差的主要誤差影響包括:(1)因CCD陣列的物理特性引起的誤差;(2)標(biāo)尺被遮擋引起條碼信息丟失的誤差;(3)調(diào)焦的準(zhǔn)確引起的圖像的分辨力誤差;(4)標(biāo)尺傾斜引起的圖像變形誤差;(5)外界條件變化引起的影像誤差;(6)測(cè)量信號(hào)形成時(shí)電子設(shè)備的誤差等。^[1] 

獲得穩(wěn)定、清晰、對(duì)比適中、完整的條碼影像是測(cè)量信號(hào)生成和處理的前提,是測(cè)量的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō),圖像的處理是由水準(zhǔn)儀內(nèi)置的軟件完成的。其誤差依賴(lài)于軟件的算法和技術(shù)的*性。^[1] 

3電視準(zhǔn)軸(i角)的誤差

電視準(zhǔn)軸(i角)的誤差對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的影響理論上與光學(xué)水準(zhǔn)儀i角誤差相同,但電視準(zhǔn)軸(i角)在數(shù)字水準(zhǔn)儀中又缺少象光學(xué)視準(zhǔn)軸(i角)那樣的標(biāo)定水平視線的性質(zhì)。然而電視準(zhǔn)軸(i角)對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的精度的影響是肯定的,而且它隨外界條件的變化而變化。盡管可以用前后視距等長(zhǎng)加以減弱,數(shù)字水準(zhǔn)儀也可由機(jī)內(nèi)設(shè)置的程序自動(dòng)改正,然而外條件隨時(shí)在變化,隨時(shí)測(cè)定i角而加以改正不僅影響作業(yè)效率,而且改正數(shù)也不是可以線性模擬的。^[1] 

4外界條件變化引起的誤差

數(shù)字水準(zhǔn)儀與條碼標(biāo)尺組成的測(cè)量系統(tǒng)是處在時(shí)刻變化的外界條件下工作的。外界條件的變化將引起儀器各部件產(chǎn)生誤差。這種影響常常表現(xiàn)為各部件及其組合的綜合影響,外界因素影響產(chǎn)生的誤差主要有:(1)視準(zhǔn)軸(i角)變化的影響;(2)大氣垂直折光的影響;(3)儀器和標(biāo)尺垂直位移的影響;(4)地面震動(dòng)的影響;(5)地面電磁場(chǎng)的影響等。^[1] 

5數(shù)字水準(zhǔn)儀所克服的常規(guī)水準(zhǔn)儀的誤差

(1)沒(méi)有讀數(shù)錯(cuò)誤,沒(méi)有人為讀數(shù)誤差;(2)多條碼(可認(rèn)為是多分劃)測(cè)量,削弱標(biāo)尺分劃誤差;(3)自動(dòng)多次測(cè)量,削弱外界條件變化的影響;(4)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄、檢核、處理和存儲(chǔ)。^[1] 

以上僅能從概念上對(duì)數(shù)字水準(zhǔn)儀誤差加以論述,由于數(shù)字水準(zhǔn)儀的許多技術(shù)是保密的,目前尚難給予量的估算,只能通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以分析。^[1]  

使用方法

水準(zhǔn)儀的使用包括：水準(zhǔn)儀的安置、粗平、瞄準(zhǔn)、精平、讀數(shù)五個(gè)步驟。

1. 安置 安置是將儀器安裝在可以伸縮的三腳架上并置于兩觀測(cè)點(diǎn)之間。 首先打開(kāi)三腳架并使高度適中，用目估法使架頭大致水平并檢查腳架是否牢固，然后打開(kāi)儀器箱，用連接螺旋將水準(zhǔn)儀器連接在三腳架上。

2. 粗平 粗平是使儀器的視線粗略水平，利用腳螺旋置圓水準(zhǔn)氣泡居于圓指標(biāo)圈之中。具體方法：用儀器練習(xí)。在整平過(guò)程中，氣泡移動(dòng)的方向與大拇指運(yùn)動(dòng)的方向一致。

3. 瞄準(zhǔn) 瞄準(zhǔn)是用望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)。 首先是把望遠(yuǎn)鏡對(duì)向遠(yuǎn)處明亮的背景，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲zui 清晰。再松開(kāi)固定螺旋，旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，使照門(mén)和準(zhǔn)星的連接對(duì)準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，擰緊固定螺旋。zui 后轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋，使水準(zhǔn)尺的清晰地落在十字絲平面上，再轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)螺旋，使水準(zhǔn)尺的像靠于十字豎絲的一側(cè)。

4. 精平 精平是使望遠(yuǎn)鏡的視線精確水平。微傾水準(zhǔn)儀，在水準(zhǔn)管上部裝有一組棱鏡，可將水準(zhǔn)管氣泡兩端，折射到鏡管旁的符合水準(zhǔn)觀察窗內(nèi)，若氣泡居中時(shí)，氣泡兩端的像將符合成一拋物線型，說(shuō)明視線水平。若氣泡兩端的像不相符合，說(shuō)明視線不水平。這時(shí)可用右手轉(zhuǎn)動(dòng) 微傾螺旋使氣泡兩端的像*符合，儀器便可提供一條水平視線，以滿足水準(zhǔn)測(cè)量基本原理的要求。注意：氣泡左半部分的移動(dòng)方向，總與右手大拇指的方向不一致。

5. 讀數(shù) 用十字絲，截讀水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)。水準(zhǔn)儀多是倒像望遠(yuǎn)鏡，讀數(shù)時(shí)應(yīng)由上而下進(jìn)行。先估讀毫米級(jí)讀數(shù)，后報(bào)出全部讀數(shù)。注意，水準(zhǔn)儀使用步驟一定要按上面順序進(jìn)行，不能顛倒，特別是讀數(shù)前的符合水泡調(diào)整， 一定要在讀數(shù)前進(jìn)行。

主要型號(hào)

水準(zhǔn)儀適用于水準(zhǔn)測(cè)量的儀器，中國(guó)水準(zhǔn)儀是按儀器所能達(dá)到的每千米往返測(cè)高差中數(shù)的偶然中誤差這一精度指標(biāo)劃分的，共分為4個(gè)等級(jí)。

水準(zhǔn)儀型號(hào)都以DS 開(kāi)頭，分別為“大地”和“水準(zhǔn)儀”的漢語(yǔ)拼音di yi個(gè)字母，通常書(shū)寫(xiě)省略字母DS。其后"0.5”、“1”、“3”、“10”等數(shù)字表示該儀器的精度。S3級(jí)和S10級(jí)水準(zhǔn)儀又稱(chēng)為普通水準(zhǔn)儀，用于中國(guó)國(guó)家三、四等水準(zhǔn)及普通水準(zhǔn)測(cè)量，S0.5級(jí)和S1級(jí)水準(zhǔn)儀稱(chēng)為精密水準(zhǔn)儀，用于中國(guó)國(guó)家一、二等精密水準(zhǔn)測(cè)量：

共同特點(diǎn)

電子水準(zhǔn)儀是以自動(dòng)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(cè)器(CCD),并采用條碼標(biāo)尺和圖象處理電子系統(tǒng)二構(gòu)成的光機(jī)電測(cè)一體化的高科技產(chǎn)品。采用普通標(biāo)尺時(shí)，又可象一般自動(dòng)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(diǎn)： 　1) 讀數(shù)客觀。*、誤記問(wèn)題，沒(méi)有人為讀數(shù)誤差。

2) 精度高。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(lái)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。不熟練的作業(yè)人員業(yè)也能進(jìn)行高精度測(cè)量。

3) 速度快。由于省去了報(bào)數(shù)、聽(tīng)記、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的時(shí)間以及人為出錯(cuò)的重測(cè)數(shù)量，測(cè)量時(shí)間與傳統(tǒng)儀器相比可以節(jié)省1/3左右。

4) 效率高。只需調(diào)焦和按鍵就可以自動(dòng)讀數(shù)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。視距還能自動(dòng)記錄，檢核，處理并能輸入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理，可實(shí)線內(nèi)外業(yè)一體化。

使用須知

操作要點(diǎn)

在未知兩點(diǎn)間，擺開(kāi)三腳架，從儀器箱取出水準(zhǔn)儀安放在三腳架上，利用三個(gè)機(jī)座螺絲調(diào)平，使圓氣泡居中，跟著調(diào)平管水準(zhǔn)器。水平制動(dòng)手輪是調(diào)平的，在水平鏡內(nèi)通過(guò)三角棱鏡反射，水平重合，就是水平。將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)未知點(diǎn)（1）上的塔尺，再次調(diào)平管水平器重合，讀出塔尺的讀數(shù)（后視），把望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)到未知點(diǎn)（2）的塔尺，調(diào)整管水平器，讀出塔尺的讀數(shù)（前視），記到記錄本上。

計(jì)算公式：兩點(diǎn)高差=后視－前視。

校正方法

將儀器擺在兩固定點(diǎn)中間，標(biāo)出兩點(diǎn)的水平線，稱(chēng)為a、b線，移動(dòng)儀器到固定點(diǎn)一端，標(biāo)出兩點(diǎn)的水平線，稱(chēng)為a’、b ’。計(jì)算如果a－b≠a’－b ’時(shí)，將望遠(yuǎn)鏡橫絲對(duì)準(zhǔn)偏差一半的數(shù)值。用校針將水準(zhǔn)儀的上下螺釘調(diào)整，使管水平泡吻合為止。重復(fù)以上做法，直到相等為止。

保養(yǎng)與維修

1．水準(zhǔn)儀是精密的光學(xué)儀器，正確合理使用和保管對(duì)儀器精度和壽命有很大的作用

2．避免陽(yáng)光直曬，不許可證隨便拆卸儀器

3．儀器有故障，由熟悉儀器結(jié)構(gòu)者或修理部修理

4．每個(gè)微調(diào)都應(yīng)輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)，不要用力過(guò)大。鏡片、光學(xué)片不準(zhǔn)用手觸片

5．每次使用完后，應(yīng)對(duì)儀器擦干凈，保持干燥。