数字水准仪的原理、检定及应用研究
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摘要
数字水准仪自1990年诞生以来，凭借其精度高、速度快、操作简单等优点很快得到了广大用户的认可，并逐步应用于高精度水准测量、变形监测、工业测量等多种领域，成为水准测量仪器发展的趋势。目前徕卡、蔡司、拓普康、索佳四家公司相继推出了各自的数字水准仪产品，不同厂家的仪器采用了不同的电子读数原理和标尺编码结构。同传统的光学水准仪相比，数字水准仪原理新颖，影响其精度的误差源也有所不同，目前还没有针对数字水准仪的检定规程。随着数字水准仪的广泛应用，急需制订一套合理的方案以评定数字水准仪的质量。
基于此背景，本文首先介绍了目前常用的各种数字水准仪的原理及它们各自的特点，分类归纳了影响数字水准仪测量精度的误差源及影响的规律和大小，然后，在总结目前国内外对数字水准仪检定方法的基础上，论述了对数字水准仪进行系统精度检定的必要性，并且设计了一套基于双频激光干涉仪的系统精度检定方案，实际的试验数据表明，该方法是合理、可靠的。论文的最后对数字水准仪的一体化应用开发进行了尝试。
Since the introduction of the first digital level by Leica in 1990, this type of equipment has rapidly gained acceptance because of its advantage. In many fields such as precision leveling, deformation monitoring and appropriate industrial surveying, digital levels will take the place of optical levels. At present, four manufacturers, Leica, Zeiss, Topcon, Sokkia, introduced different models of digital levels to the surveying market with different measurement principle and code staff. Because of the large difference between digital level and optical level, the suitable method to assess the precision of digital level is needed.
In this paper, the measurement principle of various digital levels and error sources is discussed. On the basis of summarizing the methods for calibration of digital levels, we present a measurement procedure for system calibration of digital levels with double-frequency laser interferometer. The reliable results of test according to the procedure are provided. At the last section of this paper we discuss the program design based on Windows CE to communicate with digital levels.
基于此背景，本文首先介绍了目前常用的各种数字水准仪的原理及它们各自的特点，分类归纳了影响数字水准仪测量精度的误差源及影响的规律和大小，然后，在总结目前国内外对数字水准仪检定方法的基础上，论述了对数字水准仪进行系统精度检定的必要性，并且设计了一套基于双频激光干涉仪的系统精度检定方案，实际的试验数据表明，该方法是合理、可靠的。论文的最后对数字水准仪的一体化应用开发进行了尝试。
Since the introduction of the first digital level by Leica in 1990, this type of equipment has rapidly gained acceptance because of its advantage. In many fields such as precision leveling, deformation monitoring and appropriate industrial surveying, digital levels will take the place of optical levels. At present, four manufacturers, Leica, Zeiss, Topcon, Sokkia, introduced different models of digital levels to the surveying market with different measurement principle and code staff. Because of the large difference between digital level and optical level, the suitable method to assess the precision of digital level is needed.
In this paper, the measurement principle of various digital levels and error sources is discussed. On the basis of summarizing the methods for calibration of digital levels, we present a measurement procedure for system calibration of digital levels with double-frequency laser interferometer. The reliable results of test according to the procedure are provided. At the last section of this paper we discuss the program design based on Windows CE to communicate with digital levels.
引文
[1] 拓普康，拓普康电子水准仪的原理与应用，1999
[2] 蔡司，DiNill、DiNi12数字水准仪操作手册，1997
[3] 薄志鹏等，数字水准仪述评，测绘通报，1996年第2期
[4] 薄志鹏等，数字水准仪述评(续)，测绘通报，1996年第3期
[5] 王明善等，数字水准仪的原理及误差分析，四川测绘，2000年第4期
[6] 李小贤等译，卡尔蔡司公司新数字水准仪DiNi10的最先检验结果，测绘科技通讯，1997年第2期
[7] 李以赫编译，新型数字水准仪DiNi10和DiNi20，武测译文，1996年第3期
[8] H.Ingensand世界上第一台数字水准仪WILD NA2000，李以赫译，武测译文，1991年第1期
[9] 中华人民共和国国家标准GB12897—91，国家一、二等水准测量规范，国家技术监督局，1991年
[10] 国家计量检定规程JJG8—91，水准标尺检定规程，国家技术监督局，1991年
[11] 国家计量检定规程JJG425—94，水准仪，国家技术监督局，1994年
[12] 最小二乘法与测量平差，解放军测绘学院，1984年
[13] 黄维彬，近代平差理论及其应用，解放军出版社，1992年
[14] 何小艇，数字电路，浙江大学出版社，1995年
[15] 余建国，数字水准仪基本原理及其调试，2000年全国测绘仪器综合学术年会论文集2000年7月
[16] 叶德培，测量不确定度，国防工业出版社，1996年
[17] 关信安等，双频激光干涉仪，中国计量出版社，1987年
[18] 朱顺平，双频激光测量系统在测绘仪器检定中的应用，解放军测绘学院研究生学位论文，2001年4月
[19] 徐正扬等，大地控制测量学，解放军出版社，1992年
[20] 刘志德等，EDM三角高程测量，测绘出版社，1996年
[21] 李青岳 陈永奇，工程测量学，测绘出版社，1995年第二版
[22] 樊钢等，数字水准仪综合精度检测方法研究，测绘学院学报，2001年第1期
[23] 陈继华，激光跟踪仪和全站仪测量系统在上海光源工程中的应用研究，解放军测绘学院研究生学位论文，2001年4月
[24] 杨俊志，数字水准仪常规检测项目检定方法探讨，测绘通报，2000年第11期
[25] Wolffried Wehman著，李以赫译，对在精密水准测量中使用NA3000的一些认识，武测译文，1995年第2期
[26] 徐正扬等，电子数字水准仪DL一101质量评述，测绘通报，1997年第4期
[27] 杨振涛等，对DL一102电子水准仪性能与实测精度的检验，测绘信息与工程，1997年第1期
[28] 任道胜，数字水准仪应用于区域精密水准测量的有关问题研究，地壳形变与地震，2000年第2期
[29] O.Arabatzi等著，高德慈译，在实验室和野外条件下对WILD—NA2000数字水准仪的测试，四川测绘，1996年第1期
[30] 孙坚，数字水准仪的现状与发展，北京测绘，1998年第3期
[31] 马世峰 李广云 李宗春，自动化水准测量仪器——数字水准仪，东北测绘，1997年第3期
[32] MEIKE BLUM等著，孙坚译，数字水准仪Wild NA2000的检验和测试，测绘科技通讯，1993年第1期
[33] 王明善等，数字水准仪的系统分辨率，四川测绘，2001年第4期
[34] 杨振涛等，电子水准仪DINl20和DLl02试验与精度分析，测绘工程，1997年第4期
[35] 樊钢等，正交实验法在测绘仪器检定中的应用，测绘学院学报，2002年第1期
[36] 李宗春，数字测图内外业信息一体化的研究，解放军测绘学院研究生学位论文，1998年
[37] H．Ingensand，新数字水准仪技术及其应用，李以赫译(待发)
[38] Terence、A．Goggin，《WindowsCE高级开发指南》，电子工业出版社，(2000)，尤滔等译
[39] 李宗春、黄桂平，《用C语言实现HP200LX与计算机的通讯》，军事测绘，1998年第3期
[40] 刘国光，《测绘通(SPDA)在测绘领域中的应用》，南方测绘，2000年7月
[41] 《PDA的定义、分类、及相关产品综述》，PDA时代网站，http://www.pday.com.cn/
[42] 《将Windows95的程序移植到Windows CE》，微软中国网站，http://www.microsoft.com/china
[43] 莫卫东、白鹏、张晓敏、张福萍，《Visual Basic6.0高级编程技巧—ADO数据访问篇》，西安交通大学出版社，2000．
[44] 潘爱民，《一致的数据访问技术——ADO／OLE DB》，http://www.csdn.net
[45] Leica AG,NA2002/NA3003 User Manual,1997
[46] A.Reithofer etc.,Calibration of Digital Levelling Systems,VGI,3/1996
[47] J.M.Rueger,F.K.Brunner,On System Calibration and Type Testing of Digital Levels,ZfV,4/2000
[48] Leica AG,WILD NA2002/3003 Technical report,1994
[49] Takao Seto, Minorn Chiba, Digital Level with New Bar Code, GIM International,2/2000
[50] Microsoft,《Microsoft embedded Visual Tools Help》
[2] 蔡司，DiNill、DiNi12数字水准仪操作手册，1997
[3] 薄志鹏等，数字水准仪述评，测绘通报，1996年第2期
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[46] A.Reithofer etc.,Calibration of Digital Levelling Systems,VGI,3/1996
[47] J.M.Rueger,F.K.Brunner,On System Calibration and Type Testing of Digital Levels,ZfV,4/2000
[48] Leica AG,WILD NA2002/3003 Technical report,1994
[49] Takao Seto, Minorn Chiba, Digital Level with New Bar Code, GIM International,2/2000
[50] Microsoft,《Microsoft embedded Visual Tools Help》