任务2.6　自动安平水准仪和电子水准仪简介

2.6.1　自动安平水准仪

用水准仪进行水准测量的特点是通过水准管的气泡居中来获得水平视线的。因此，在水准尺上读数时，要用微倾螺旋将水准管气泡居中，这样将会影响到水准测量的速度。自动安平水准仪则不需要水准管和微倾螺旋，只有一个圆水准器即可。安置仪器时，只要使圆水准器的气泡居中，再借助一种“补偿器”的特别装置，就可以使视线自动处于水平状态。因此，使用这种自动安平水准仪不仅操作简单，而且能大大缩短观测时间，还可以把由于水准仪安置不当、地面有微小的震动或脚架的不规则下沉等影响视线水平的因素作迅速的调整，从而得到正确的读数值，提高水准测量的精度。

1.视线自动安平原理

自动安平水准仪是通过补偿器得到视准轴水平时的读数的。如图2.31所示，视准轴水平时与视准轴重合的水平光线落在X′处，正好获得正确的读数。当视准轴倾斜一个α角后，若原来的水平光线不经过补偿器，那么它还是通过X′处，但是十字丝交点已经移到X处了，也就是说，十字丝交点上的读数不再是正确的了，如果在水平光线的中途设置一个补偿器，使光线偏转一个β角，让光线恰好通过十字丝的交点，那么在十字丝交点上的读数仍然能够是正确的，即相当于视准轴水平时的读数。由此可见，设计自动安平水准仪“补偿器”的实质，在于使光线通过物镜后路径发生偏转，偏转角的大小能够正好补偿视准轴倾斜后所引起的读数误差。由于α和β的值都很小，所以XX′可以表示为

式中：fα为望远镜物镜的焦距，mm；sβ为补偿器到十字丝的距离，mm。

凡满足式（2.22）条件的，都能达到补偿的目的。

2.自动安平水准仪的操作步骤

自动安平水准仪的操作步骤分为四步，即粗平、检查、照准、读数。其中，粗平、照准、读数的方法和微倾式水准仪相同，具体操作方法参阅“2.2.3水准仪的使用”即可。

检查的方法就是按动自动安平水准仪目镜下方的补偿控制按钮，查看补偿器是否正常工作。在粗平时，按动一次按钮，如果目标影像在视场中晃动，则说明补偿器工作正常，可以获得水平视线的读数。

2.6.2　电子水准仪

电子水准仪又称为数字水准仪，它是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。它采用条码标尺，各厂家标尺编码的条码图案不相同，不能互换使用。目前照准标尺和调焦仍需人工目视进行。人工完成照准和调焦之后，一方面标尺条码被成像在望远镜分划板上，供目视观测；另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成像在光电传感器（又称探测器）上，即线阵电荷耦合器件（charge coupled device，CCD）上，供电子读数。因此，如果使用传统水准标尺，电子水准仪又可以像普通自动安平水准仪一样使用。

1.电子水准仪的特点

电子水准仪具有如下特点：

（1）自动读数、自动测量。只需照准专用的条码标尺，便可进行自动读数，自动测量视距与中丝读数，自动计算高差，自动进行高差、距离和高程放样测量。

（2）快速进行多次测量并自动计算平均值。

（3）轻便的标尺。专用的条码标尺采用玻璃钢或铟瓦合金钢条材料制成，携带和使用都十分方便。

（4）作业效率高。自动读数提高了测量速度和工作速率。

（5）大显示屏。电子数字水准仪采用的大显示屏，使得信息的显示和阅读，以及菜单的使用都十分便利。

（6）操作简便。较少的操作键结合自动读数功能大大地简化了测量过程。

（7）无疲劳观测及操作。只要照准标尺聚焦，按动测量键即可完成标尺读数和视距测量。即使聚焦欠佳也不会影响标尺读数，因为标尺读数在很大程度上并不依赖于标尺编码的清晰度，但调焦清晰后可以提高测量速度。

（8）自动记录和存储数据，使用后处理软件可实现水准测量从外业数据采集到最后成果计算的一体化。

（9）将标尺倒立可测出房间或隧道顶部的距离，可做粗略的水平角测量。

（10）含有用户测量程序，视准差检测改正程序及水准网平差程序。

2.电子水准仪的测量原理

电子水准仪使用的标尺与传统的标尺不同，它采用条形编码尺，条形码印制在铟瓦合金钢条或玻璃钢的尺身上，可用于一等水准测量。如图2.32所示，观测时，标尺上的条形码由望远镜接收后，探测器将采集到的标尺编码光信号转换成电信号，并与仪器内部存储的标尺编码信号进行比较，若两者信号相同，则读数可以确定。条形码在探测器内成像的“宽窄”不同，转换成的电信号也随之不同，这就需要处理器按一定的步距改变一次电信号的“宽窄”，也与仪器内部存储的信号进行比较，直至相同为止，这将花费较长时间。为了缩短比较时间，通过调焦，使标尺成像清晰，传感器采集调焦镜的移动量，对编码电信号进行缩放，使其接近仪器内部存储的信号。因此，可以在较短的时间内确定读数，使其一次读数时间也不超过4s。图2.33所示为电子水准仪数字化图像处理原理。