电子水准仪

电子水准仪（精选10篇）

电子水准仪 篇1

目前, 市面上销售的水准仪大多数都是普通水准仪。由于靠液体中的气泡的左右移动来判定平面是否水平, 在晚上或在光线暗淡的环境中不容易看清。电子水准仪在国内和日本有类似产品, 但大多是根据光学成像原理和传感器技术制作的, 结构复杂, 成本较高, 不易维护, 在光线暗淡情况下指示不醒目。下面介绍一种简易实用电子水准仪的制作。

本电子水准仪结构简单、成本低廉, 容易制作, 根据发光二极管是否发光和发光亮度, 可方便醒目地指示所测平面是否水平以及倾斜方向与倾斜程度, 克服了现有普通水准仪在晚上或在光线暗淡的环境中不容易看清缺陷。

一、工作原理

电子水准仪利用高灵敏度液体水平开关及发光电路驱动两只发光二极管发光。见图1 (外观图) , 当物体的表面完全水平时, 两只发光二极管都不亮;如果物体表面左高右低 (向右倾斜) , 右边的二极管亮, 倾角越大, 亮度越大;反之右高左低 (向左倾斜) , 则左边二极管亮, 亮度也随倾角的增大而增大。其中电源采用三节钮扣电池供电, 并设有电源开关。由于二极管不发光时, 发光电路完全处于截止状态, 既使不关闭电源, 也非常省电。外观图、电原理图和内部结构图分别如图1、图2和图3所示。

在图2中, 当所测平面完全水平时, 电极C与电极A、B之间的电阻为均无穷大, 两个三极管都处于截止状态, 左右两个二极管都不发光;当平面向左倾斜时, 由于电极A和水接触, A、C间的电阻变小, 左边的三极管导通, 左边的发光二极管发光, 倾斜角越大, A、C电阻越小, 发光二极管越亮;当平面向右倾斜时, 由于电极B和水接触, B、C间的电阻变小, 右边的三极管导通, 右边的发光二极管发光, 倾斜角越大, B、C电阻越小, 发光二极管越亮。

如图3所示, 电子水准仪它主要由液体检测开关、控制及指示电路、电源三部分组成, 各部分连接关系如图4所示。

二、元件选择

液体水平检测开关采用透明硬塑材料 (如光盘盒) 粘合而成, 具体尺寸由电子水准仪的长度、宽度和高度决定, 以刚好放入不松动和不影响顶盖与底盒切合为宜;四根电极采用不易被水侵蚀的金属丝 (如镀镍、镀铬的导线) , 用微型钻头打孔后用防水胶 (如市售普通AB胶) 粘固密封。为了提高灵敏度, 液体检测开关长度尽可能大一点, 上面两根电极要尽可能接近水面, 注好水密封后一定要检察是否漏水。为使效果明显, 液体最采用矿泉水。校准水准仪时, 应选择一个标准的水平面 (可借助气泡水准仪判定) , 当电子水准仪放在水平面上时, 适当地调节水准仪与底盒的倾斜角度, 当左右两边的发光二极管都不亮时, 用热熔胶固定将其粘牢在底座上即可。

SW为电源开关, 可采用小型自锁按钮开关, 电源可用三节市售1.5V的钮扣电池。为了显示醒目, LED灯最好采用高亮度发光二极管, 其它元件无特别要求。两个三极管要选放大倍数接近的才能保证显示准确。

电子水准仪 篇2

仪和电子水准仪

一、精密水准仪简介

1．精密水准仪

精密水准仪与一般水准仪比较，其特点是能够精密地整平视线和精确地读取读数。为此，在结构上应满足：

（1）水准器具有较高的灵敏度。如DS1水准仪的管水准器τ值为10″/2mm。（2）望远镜具有良好的光学性能。如DS1水准仪望远镜的放大倍数为38倍，望远镜的有效孔径47mm，视场亮度较高。十字丝的中丝刻成楔形，能较精确地瞄准水准尺的分划。

（3）具有光学测微器装置。可直接读取水准尺一个分格（1cm或0.5cm）的1/100单位（0.1mm或0.05mm），提高读数精度。

（4）视准轴与水准轴之间的联系相对稳定。精密水准仪均采用钢构件，并且密封起来，受温度变化影响小。

2．精密水准尺

精密水准仪必须配有精密水准尺。这种尺一般是在木质尺身的槽内，安有一根因瓦合金带。带上标有刻划，数字注在木尺上。精密水准尺须与精密水准仪配套使用。

精密水准尺上的分划注记形式一般有两种：

一种是尺身上刻有左右两排分划，右边为基本分划，左边为辅助分划。基本分划的注记从零开始，辅助分划的注记从某一常数K开始，K称为基辅差。

另一种是尺身上两排均为基本划分，其最小分划为10mm，但彼此错开5mm。尺身一侧注记米数，另一种侧注记分米数。尺身标有大、小三角形，小三角形表示半分米处，大三角形表示分米的起始线。这种水准尺上的注记数字比实际长度增大了一倍，即5cm注记为1dm。因此使用这种水准尺进行测量时，要将观测高差除以2才是实际高差。3．精密水准仪的操作方法

精密水准仪的操作方法与一般水准仪基本相同，只是读数方法有些差异。在水准仪精平后，十字丝中丝往往不恰好对准水准尺上某一整分划线，这时就要转动测微轮使视线上、下平行移动，十字丝的楔形丝正好夹住一个整分划线，被夹住的分划线读数为m、dm、cm。此时视线上下平移的距离则由测微器读数窗中读出mm。实际读数为全部读数的一半。

二、自动安平水准仪

自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于：自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋，而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。

1．视线自动安平的原理

当圆水准器气泡居中后，视准轴仍存在一个微小倾角α，在望远镜的光路上安置一补偿器，使通过物镜光心的水平光线经过补偿器后偏转一个β角，仍能通过十字丝交点，这样十字丝交点上读出的水准尺读数，即为视线水平时应该读出的水准尺读数。

由于无需精平，这样不仅可以缩短水准测量的观测时间，而且对于施工场地地面的微小震动、松软土地的仪器下沉以及大风吹刮等原因，引起的视线微小倾斜，能迅速自动安平仪器，从而提高了水准测量的观测精度。

2．自动安平水准仪的使用

使用自动安平水准仪时，首先将圆水准器气泡居中，然后瞄准水准尺，等待2～4秒后，即可进行读数。有的自动安平水准仪配有一个补偿器检查按钮，每次读数前按一下该按钮，确认补偿器能正常作用再读数。

三、电子水准仪简介

电子水准仪的主要优点是：

（1）操作简捷，自动观测和记录，并立即用数字显示测量结果。（2）整个观测过程在几秒钟内即可完成，从而大大减少观测错误和误差。（3）仪器还附有数据处理器及与之配套的软件，从而可将观测结果输入计算机进入后处理，实现测量工作自动化和流水线作业，大大提高功效。

1．电子水准仪的观测精度

电子水准仪的观测精度高，如瑞士徕卡公司开发的NA2000型电子水准仪的分辨力为0.1mm，每千米往返测得高差中数的偶然中误差为2.0mm；NA3003型电子水准仪的分辨力为0.01mm，每千米往返测得高差中数的偶然中误差为0.4mm。

2．电子水准仪测量原理简述

与电子水准仪配套使用的水准尺为条形编码尺，通常由玻璃纤维或铟钢制成。在电子水准仪中装置有行阵传感器，它可识别水准标尺上的条形编码。电子水准仪摄入条形编码后，经处理器转变为相应的数字，在通过信号转换和数据化，在显示屏上直接显示中丝读数和视距。

3．电子水准仪的使用

NA2000电子水准仪用15个键的键盘和安装在侧面的测量键来操作。有两行LCD显示器显示给使用者，并显示测量结果和系统的状态。

观测时，电子水准仪在人工完成安置与粗平、瞄准目标（条形编码水准尺）后，按下测量键后约3～4秒既显示出测量结果。其测量结果可贮存在电子水准仪内或通过电缆连接存入机内记录器中。

电子水准仪 篇3

关键词 公路测量；水准仪；误差控制

中图分类号 P224 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0172-01

1 公路工程中的水准测量

在公路测量过程中，水准测量通常根据几何原理，通过测量水平视线上两点间的高差来实现。一般采用水准仪进行辅助测量，常用的型号有DS3型微倾式自动安平水准仪，其在单位公里内可以将测量误差控制在3 mm以内。在测站使用水准仪的基本步骤如下：首先将仪器安置于适当的位置，再进行粗略整平，调整好水准尺后再进行精确的整平，最后读取测量数据。当测量完每个水准点后，再进行结果复合。在进行水准测量时要注意，同一个公路项目要参照相同的高程系统，同时测量基平和中平，同一个水准尺要由两台水准仪同时观测，在进行间视与转点时，要两个人同时立水准尺，不过两台水准仪对同一个水准尺进行观测是不变的。需要注意的是，如果每个测站没有对每个水准点段的测量结果进行检核，则会提高出现误差的机率。因此水准测量的误差控制非常有必要。

2 水准测量的误差与控制

通常进行水准测量会产生误差，主要是由三个原因造成的，即仪器自身精度误差、观测过程中的操作误差以及测量环境对测量操作的影响所引起的误差。

2.1 仪器自身的精度误差

当水准仪的望远镜视准轴与水准管轴不平行时，就会导致测量结果出现误差。尽管在实际测量前均会对仪器进行校正，但是残余误差是在所难免的，所以水准管气泡处于居中的位置，相应的水准管轴处于水平位置，而此时望远镜的视准轴是处于倾斜的状态，于是读数误差自然就会产生。通常视距长度和所产生的误差二者为正比关系，因此在观测时消除这种误差可以通过距离补偿法或者中间法来实现。所谓的距离补偿法是指前视距离和与后视距离和相等，这种方法在实际操作时相对复杂，因此多采用中间法。中间法前后视距是一样的，在实际测量时，立尺人利用普通皮尺将测量距离确定下来后再立尺。

此外，仪器自身的精度误差还有可能是水准尺造成的。水准尺误差三种：一种是由于尺长误长，即水准尺的长度不够精确；一种是刻度误差，即水准尺上的刻度划分不精确；还有一种是零点差，即水准尺归零的刻度位置错位等。在实际测量前，要先检查水准尺，如果尺子存在尺长误差或者刻度误差等现象，则尽量不要使用；如果在必要的情况下一定要用，则要找出水准尺的误差特点，要先对数据进行修正才能正常使用。针对水准尺的零误差，可以采用同一水准段内两根水准尺交替使用的办法，即如果在一个测站作为后视尺用，则在下一个测站作前视尺用。而且要把测段站数尺量布置成偶数，以便于在高差中互杨抵消，并将刻度误差与尺长误差控制在最小的范围。

2.2 仪器操作误差

在测量过程中，有时候会由于人为的操作问题使得水准测量产生较大误差，比较常见的有以下几种。

1）符合水准管气泡居中所产生的误差：在测量过程中，如果符合水准气泡无法严格居中，会导致望远镜视准轴发生倾斜，最终导致测量结果出现误差。水准管的灵敏度决定了测量结果精度的高低，其中最主要的是水准管分划值J的大小。需要注意的是，视线长度与测量结果读数误差二者成正比关系，通常水准管居中误差为0.1 J，按照相关公式m居＝0.1.s/p，在观测过程中，只需保证符合水准管气泡可以居中并且限制视线长度，即可消除该误差。

2）视差：如果有视差出现，尺像和十字丝平面是无法重合的，在观测过程中，眼睛所处的位置不一样，则读取的测量结果也会产生差异，从而出现读数误差。因此在读取测量结果前，要先做物镜对光，将视差的影响消除。

3）水准尺的倾斜误差：如果水准尺倾斜于视线的前方，则在观测时很容易就可以通过望远镜十字丝发现这一问题。尺子倾斜的度数越大，尺子上的读数就会越大，其对读数的影响受到水准尺倾斜解以及水准尺读数大小的影响，即水准尺倾斜角度越大，对读数准确度的影响就越大；同样的水准尺读数越大，读数准确度受其影响的程度就越大。其所产生的读数误差可以通过下式来表达，即：△a=（1-r），如果r＝30，a＝1.5，则△a=2 mm。由此可见，水准尺的倾斜误差对测量结果有着很大的影响。在实际测量时，一般立镜高度设置在1.6 m-1.7 m的范围内，此时读数误差△a就会大于2 mm。所以测量过程中的立尺非常重要，要保证水准尺处于铅垂位置，如果有圆水准水泡，要保证气泡的居中。

2.3 测量环境所导致的误差

2.3.1 外界条件

假如用水平面取代水准面影响高程的程度，则可以采用下列公式表达：△h=D2/（2R），其中D为视距，R为地球的半径取6371 km；如果D为75 m，则△h为0.44 cm；如果D为100 m，则△h为8 cm；如果D为2 km，则△h为31 cm。由上述数据可以看出，当水平面取代水准面时，高程所产生的误差要大幅度高于测量高程误差。因此，对于高程来说，在很短距离的条件下也可用水平面来取代水准面，要将地球曲率对高程的影响因素充分的考虑进去，实际测量过程中，可以通过中间法将误差消除。大气折光的原因造成视线成为一条曲线，其曲率是地球半径的七倍，使得测量结果读数有所减小。可以通过下列公式来表达，即△h＝D/2（2×7R）。当视线与地面的距离越短，则折射就越大，所以视线和地面的至少要大于0.3 m，同样可以通过中间法消除或者降低其对于测量精度的影响。不过实际测量时最好不要在光照较强的中午时段进行，尽量选择比较有利的时间，一天中从上午十点到下午四点之间，大气相对稳定，这对于消除大气折光影响比较有利，不过中午前后时段会导致尺像的跳动，同样会对读数产生影响，因此最好避开这段时间；在阴天或者微风天气时，可以全天观测。

2.3.2 仪器下沉

所谓仪器下沉，是在同一测站上进行前视与后视读数时，仪器出现下沉的现象，减小了前视读数，使得高差有所增大。要降低仪器下沉对测量精度的影响，可以采用双面尺法或者变更仪器高等方法，第一次测量时先将后视读数读出，再读前视读数；接下来进行第二次测量时则将读数的顺序反过来即可。通过这种方法可以获取两次高差的平均值，从而将仪器下沉所导致的误差控制在最小的范围内。水准尺下沉所造成的误差，是由于在迁移仪器的过程中，转点出现下沉现象，在迁站完成后增大了后视读数，相应的高差也随之增大。此时可以通过往返测量的方法来消除或减小误差，因为往测的高差会增大，而反测的高差则是减小，取二者的平均值即可把水准尺下沉所造成的误差控制在最小的范围内。不过最有效的措施还是采用尺垫，将尺垫垫实，以避免观测过程中水准尺出现下沉的现象。

参考文献

[1]苏登天,工程测量[M].北京:科技出版社,2007.

[2]成亚宣,田宝明,葛志成.基于数字水准仪的测试与误差分析的探讨[J].测绘标准化,2009,4.

[3]王学刚,水准仪几项误差的检验与校正[J].呼伦贝尔学院学报,2011,1.

[4]王金玲.建筑工程测量[M].北京:北京大学出版社,2008.

DINI12电子水准仪的应用 篇4

1 问题的提出

我院于2006年购买了两台DINI12型电子水准仪, 经过几年应用, 比较熟练, 取得了很好的经济效益。电子水准仪是一种智能型测量仪器, 能够自动记录和传输观测数据, 并自动计算出测点的高程。它具有读数准确、精度高、劳动强度低、速度快和效率高等特点, 因此深受我院广大测量工作者青睐, 并将会成为今后水准测量的主流发展方向。但由于目前我国尚没有出台电子水准仪测量规范, 其操作方法、限差要求、成果输出格式与现行的水准测量规范不一致, 许多用户不认可, 因此在一定程度上制约了电子水准仪的应用和推广。基于上述情况, 本文用Visual Basic6.0结合DINI12电子水准仪的数据格式特点, 编写了一个电子水准仪后处理程序, 为电子水准仪的普及应用提供了依据。

2 程序设计思想

根据上述工作流程, 通过对电子水准仪原始记录格式分析, 在原始记录的基础上进行数据加工, 最终导出完整的水准计算成果表, 并进行精度统计, 以实现水准测量内外业一体化, 更好地发挥电子水准仪的先进功能。

3 程序实现过程

3.1 原始数据整理

打开一个观测文件, 观察原始记录数据, 搜索具有“Start-Line”和“End-Line”标识的行, 提取文件中的所有测段, 并以测段起始点和结束点为测段命名。

对原始数据中具有“####”和其它类似于“Reading E327”标识的行予以删除, 只保留所有有效的记录参与计算。

3.2 生成标准转换数据格式 (.D A T格式)

为了程序设计方便, 我们自定义一个标准转换数据格式如下 (见图2) :数据之间以逗号进行分隔。

10-262, 间距, 累积距, 左线高差, 右线高差, 平均高差, 6.3820, 6.3820

首先进行水准初算, 根据操作步骤输入各项数据即可得到以上数据格式, 生成一个DAT文件, 并给予命名。文件中的起始点为已知点, 结束点为已知点或未知待定点。

3.3 水准线路整合

从图2可以看出该测段的其始点和结束点均为已知点, 这是附合线路常用的格式。但由于外业观测过程中具有灵活性和偶然性, 不可能每次都从已知点接测, 同一个测段有可能当天没有结束, 第二天开始测量时不一定紧接着上一个测段, 先接测另外一个测段;或者先从待定点接测, 最终闭合到已知固定点上, 这种情况也是常有的。为了生成与图2所示的标准转换数据格式, 就要对水准线路进行整合 (见图3) , 生成一个相反的DAT格式文件。

3.4 制作一个Excel模版文件

利用Excel制作一个完整的水准计算成果表模版, 以便程序运行时上述数据 (.DAT文件) 直接填入该表格。模版文件可长期保存在一个固定的文件夹中。

3.5 成果导出

为了获取满足用户要求的测量成果, 本程序引用了Microsoft Excel2003, 实现Excel标准化水准计算成果表输出。

4 程序的运行及注意事项

程序编译后即可在Windows中运行, 按界面提示操作即可。现以上海崇明岛北沿三期工程水准测量为例, 说明程序的工作流程。

(1) 运行DINI12水准数据处理程序, 进入DINI水准数据处理界面。

首先选择测段文件, 再选择测量基准, 由于该程序具有自动识别测量模式功能, 测量模式无需选择, 最后选择计算框, 输入起始点高程后, 即得到标准转换数据格式DAT文件 (图2) 。

(2) 如果需要进行线路整合, 选择转换后的DAT文件, 点击线路整合菜单, 则会生成一个相反的D A T格式文件。

(3) 在表格处理过程中先选择水准测量等级和线路形式 (本工程为IV等附合线路) , 在选择框中选取转换后的D A T文件, 最后再点击水准表框。根据提示输入起始点和结束点真高即可生成完整的Excel水准计算成果表 (见图5) 。

注意事项:

(1) 由于原始数据经过处理和转换后有所更改, 故要求对最初的原始数据进行必要的备份。

(2) 外业观测开始和线路整合时, 起始点可以输入假设高程值, 只要在水准表生成时输入真值也可。计算完毕后应进行检查, 保证数据测量和转换的正确性。

(3) 电子水准仪是精密电子仪器, 使用时要注意安全, 避免强烈震动和强光直射;水准尺的条形码面要保护好, 保持清洁;否则损坏或太脏可能得不到正确的结果, 影响测量精度。

5 结语

本程序操作简便, 界面友好, 功能较为强大。很好地解决了水准测量过程中手工计算的中间环节, 可快速地提供标准成果表, 大大提高了产品质量和作业效率。电子水准仪具有常规水准测量无法比拟的优越性。

在我单位护岸测量和长程水道测量、近海测量、动态监测以及临淮岗洪水控制等大型工程实践中得到了广泛的应用, 取得了较好的经济价值。

由于本人水平有限, 文中所述不一定完全正确, 在此仅做抛砖引玉之作, 望测绘界的同仁给予批评和斧正。

摘要：本文论述了DINI12电子水准仪在数据后处理过程中, 用Visual Basic进行内业处理的原理、方法以及成果输出, 详细分析了DINI-12型水准仪的数据格式及数据转换的过程。

关键词：DINI12电子水准仪,数据格式,数据转换,成果输出

参考文献

[1]唐学忠.Visual Basic程序设计教程[M].中国电力出版社, 2002.

[2]吴子安, 吴栋材.水利工程测量[M].测绘出版社, 2001.

电子水准仪 篇5

1、需要按键进行转站，否则测量数据会被视为上一测站的数据。

2、设置和传输：JOB-> Outpu-> 选取文件-> 选取 CSV-> 按2次MENU键（按1次为通讯参数设置）-> 将“STX-ETX”设为“Yes”-> 按回车输出文件。

SDL30M的原始数据格式较简单，主要有表头记录和观测值记录两类，具体记录格式如下： * 表头记录格式：

SDL30 , 1521 , 012593 , JOB01 ,0,17,2，abcdefghi

a)仪器名称（SDL30）

b)版本号（4位）

c)系列号（6位）

d)文件名（最大12位）

e)距离单位（0：米，1：英尺）

f)输出行号（2至2001）

g)无输出

h)无输出

i)无输出

* 观测值记录格式：

0001 , 0001 ,0,1,1, 56.78 , 1.34153 , 9999.9999 , K

abcdefghi

a)记录号（4位：0001至2000）

b)点号（4位：0000至9999）

c)往返测（0：往测，1：返测）

d)测量模式（0：高差模式数据，1：高程模式数据）

e)属性（0:关闭，1:后视点BS，2:前视点FS，3:中视点IS，4:已知点FIX）f)距离值

g)标尺读数值

h)高差值或高程值（取决于d中的测量模式）

i)手工输入（K：手工输入，Not output：数字水准测量）

电子水准仪 篇6

当前在各个领域中使用的电子水准仪的大多数是为了检测自动化水准, 这些电子水准仪通常是先借助C C D阵列传感器来获得了编码水准尺的图像内容, 然后再利用现代图像处理技术来得到了水准标尺的数据信息。这两个步骤的完成全部依靠电子水准仪中的内置计算机来完成。

2 电子水准仪的优点

1) 速度快:电子水准仪能够自动探测读数、记录和检核, 这些工作是不需要检测人员随时监测观察的, 省去了人工力量, 作业速度快慢取决于仪器整置速度和跑尺人员的速度。2) 精度高:现代图像处理技术能够自动判别读数, 这样能够避免了工作人员去进行人工瞄准分划和读数误差的常见问题, 并且同时可以对图形影像多个分划取平均值, 这样的方法能够有利于消除标尺分划误差。另外速度的提高, 可消除与时间有关的外界条件的影响, 如温度变化引起的视准轴的变化, 大气垂直折光的变化, 仪器水准尺升降等一些现存的问题。3) 重量轻:能够降低使用电子水准仪的工作人员的劳动强度。

3 电子水准仪的数据处理

1) 补偿误差。电子水准仪是在依托于光学自动安平水准仪技术发展得来的, 其补偿器多数都属于吊带重力补偿技术, 在运输过程、温度变化等多种因素的影响下, 电子水准仪的内应力会长生变化, 会导致电子水准仪的补偿性能与标准水平有较大的差距, 因此必须要对电子水准仪进行定期检测。只有在超过了限时的校准之后, 才能正常使用。另一方面需要注意的是补偿器在放置后, 需要1到2秒的稳定时间。只有在保证放置平稳后, 才能使用。

2) 视准线误差。在使用电子水准仪进行测量时, 工作人员的视准线是否存在误差也影响着水准测量的成果, 测量过程中尽量保证前后视距离差在规定的范围内。并且通常电子水准仪一般都有独立的测距功能, 因此在水准尺读数前可以根据距离测量值调整水准尺或水准仪的位置, 这样能够有效杜绝误差问题出现。

3) 光亮度对测量的影响。a.当选取样品的条码的亮度不均匀时, 就会造成图像的曝光时间难以控制, 降低测量结果精准度, 如果亮度严重不均匀甚至会导致测量自动中止。b.另外在测量中光强发生强烈变化时, 必须立即停止测量, 否则会损害设备。c.在使用电子水准仪进行测量时, 如果电子仪的亮度明显高于标尺时, 就会导致光线的漫反射现象, 进一步产生标尺条码亮度曝光不足的问题出现, 影响测量结果甚至整个测量的失败。工作人员为了防止问题出现, 能够将目镜遮住, 给物镜罩上遮光罩, 改变测量结果。

4) 调焦对测量的影响分析。笔者认为, 在使用电子水准仪进行测量时, 调焦对于整个测量的影响是远远小于光学水准仪, 假如只是对调焦波动调整, 那么不会很大程度上影响测量结果只不过会延长了测量时间。若读数时焦距未调整清晰, 则易造成测量失败。

5) 标尺安置状态对测量的影响。在使用各式设备进行自动测量过程中, 部分仪器对用于测量的标尺状态的检测过程十分不敏感, 最终会造成测量严重偏离正确结果, 因此在测量的时候必须要注意标尺的安置状态。而在精密因瓦条码标尺周围都安置了圆水准器, 显然这对于提高标尺的安置速度有一定的优化作用。

6) 磁致误差。尽管当前国内诸多电子水准仪的补偿器都是用铝或非磁性材料制造而成的, 因此一般在均匀磁场下检测并没有明显的影响, 但是在交变磁场中, 却通常能够检测出来一定的补偿器的偏转量, 所以在测量工作中会通常在大功率的发电厂、变电枢纽、高压输电线、电气化铁路经过地段等不同情况时, 必须要经过仔细地斟酌, 选用适用于不同情况的不同种类仪器, 控制好其误差影响幅度。

4 铁路路基和桥梁墩台沉降监测的方法与应用

4.1 高速铁路路基和桥梁墩台沉降控制标准分别为

法国高速铁路路基沉降的控制标准为:工后沉降不超过20m m, 剩余沉降每年不超过10m m, 25年总沉降不超过100m m。欧洲高速铁路桥梁墩台沉降的控制标准为:浅基桥墩台顶工后允许沉降小于30m m, 桩基桥墩台顶工后允许沉降小于20m m, 两相邻墩台顶工后允许沉降差小于30m m。铁路路基和桥梁墩台沉降监测的方法与应用:我国既有桥梁提速200km/小时的技术要求为:梁体的竖向挠度不应大于允许值。

4.2 路基和桥梁墩台沉降监测的方法分析基准点和监测点的位置设计与埋设

基准点———对铁路路基和桥梁墩台基础沉降情况进行检测, 选择检测基准点的位置标准为:最重要的一点是稳定, 因为作为进行检测的基准点, 必须要尽可能选择在远离了周围建筑物可能会造成影响的区域, 这样能够营造一个稳定的环境, 保证测量结果的准确性;还要有助于联测工作, 能与其他的检测基准点所测量的结果, 有关联;数量控制在三个以上, 这样能够控制好准点的稳定性。

监测点———对铁路路基和桥梁墩台基础沉降情况进行监测, 选择监测点的位置和数量要求为:最重要的一点是保证监测的有效性, 因此在选择监测点时, 一定要设置在被检测路基和桥梁墩台最能反映道路和桥梁的变形状况的位置上, 因此一定要在路基和桥梁墩台基础地质不良地段两侧应布设监测点, 在路基的纵横方向设置监测点;设置的监测点的位置还要保证便于观测、点位稳定施工干扰小等的监测环境;监测点的数量也应该经过专家研讨, 最终的监测结果应该反映道路和桥梁的变形情况, 并能够让专家对其变形原因进行分析。

4.3 沉降监测观测路线设计过程

笔者认为基准点之间的水准联测, 应当使用了闭合水准路线的形式, 而对于监测点之间的水准观测工作, 则能够一方面使用附合水准路线的形式, 也可采用闭合水准路线的形式。对于基准点与监测点之间的水准联测工作, 应当依托于往返附合水准路线的形式。笔者选择这样的路线模式原因是因为在闭合环或附合水准路线中通常是具有多余观测等特点, 能够有利于检测外业观测中的粗差和错误等问题, 进而提高外业观测数据采集的质量和可靠性, 并且也有助于提高数据的严密平差和提高精度。

4.4 沉降监测的观测周期

日常监测中, 监测点沉降监测的观测频率即观测周期, 应根据运营的时间、监测的目的和沉降量的大小决定。对于新运营的铁路, 监测的频率应大一些, 如第一年, 可每个月观测一次, 第二年可每季度观测一次, 第三年可每半年观测一次, 以后则每年观测一次。若监测到的沉降量大, 则应加密观测次数, 反之则应减少观测次数。若监测的目的是为了研究路基和桥梁基础沉降变形的详细过程, 也应加密监测的次数。

此外, 曲线未被平衡的实际欠超高, 也可以采用采用电子水准仪进行精确的现场测量, 以获取实际的欠超高数据并据此决定是否进行维护。

摘要：当前在各个领域中使用的电子水准仪的大多数是为了检测自动化水准, 这些电子水准仪通常是先借助CCD阵列传感器来获得了编码水准尺的图像内容, 然后再利用现代图像处理技术来得到了水准标尺的数据信息。

电子水准仪 篇7

数字水准技术是当前测绘行业飞速发展的重要标志, 电子水准仪在测量工作中得到广泛应用, 它和全站仪、GPS接收机已成为测量行业中最得力、最方便的测量工具。本文通过电子水准仪在大屯矿区三等水准网中的实际应用, 对其观测精度、存在的问题及误差进行分析与探讨。

1 工程概况

大屯矿区位于江苏、山东两省交界的微山湖畔沛县境内, 测区东临昭阳湖和微山湖, 总面积约240 km2。由于地下煤炭开采及地下水的抽取等种种因素, 造成大屯矿区各地每年下沉量较大且不均匀, 对矿区的安全生产造成隐患。为满足大屯矿区4个矿安全生产和发展规划的需要, 徐州大屯工程咨询有限公司勘测院于2009年1月对大屯矿区三等水准网进行联测。

2 测量方案设计

2.1 三等水准网的布设

本次大屯矿区三等水准网共布设81个水准点, 9个闭合环, 以三个二等水准点为起算点, 基本覆盖了整个矿区。

2.2 测量仪器的选择

本次观测采用了Di Ni12电子水准仪。电子水准仪与传统光学水准仪相比有精度高、速度快、效率高等特点, 可以自动读数。Di Nil1只需读取30 cm的条码尺就可计算出测量结果;数据能自动记录、检核和处理, 并能输入电子计算机进行后处理, 真正实现了内外业一体化作业。

2.3 测站最大偏差值的设定

Di Ni12电子水准仪的每千米往返测量中误差的标称精度是±0.3 mm, 能满足所有等级的水准测量要求。为控制测量精度, 在“后前前后”测量模式中需要设定测站最大偏差值。经多次测试, 在本次三等水准网测量中, 将测站最大偏差值设为2 mm, 小于《国家三、四等水准测量规范》中不超过3 mm的要求, 又不影响观测速度。

3 实测方法及精度分析

在本次三等水准网测量过程中, 严格按照《国家三、四等水准测量规范》的要求进行。采用了“后前前后”的测量模式进行单程往返观测, 环线闭合差精度统计如表1所示。

外业施测结束后用数据传输软件ZHonghan Data Processor V4.8进行数据处理。用清华山维平差软件NASEW.2003进行平差计算。水准网精度统计如表2所示。

mm

成果资料完全满足《国家三、四等水准测量规范》的各项要求及矿山生产的需要。

4 存在的问题及误差分析

4.1 存在的问题及解决办法

通过实际应用, 电子水准仪与传统光学水准仪相比优势非常明显, 不仅保证了观测精度, 而且节省了人力、物力, 外业和内业的作业时间也大幅度缩减。但在应用过程也存在一些问题, 具体如下: (1) 前后视距累积差超限没有报警功能, 在测站开始前后应注意观察前后视距累积差, 接近限差时在以后测站即时进行调整; (2) 遇到树枝或其它障碍物时, 只要上、中、下三丝中有一丝被遮挡则无法显示距离和中丝读数, 因此, 观测时应避开障碍物; (3) 当近距离观测时, 只要上丝离尺上边缘刻划较近, 则不显示读数, 只有通过降低脚架解决。 (4) 该仪器对震动非常敏感, 特别容易造成成果超限, 要消除震动带来的误差, 有效的办法是设置2次读数, 并限制两读数之差, 如超限立即重测, 同时, 仪器摆放要整平, 使气泡处于圆圈中央。尺垫的重量越大越好, 而且一定要踩实, 有条件的地方应打固定桩; (5) 当光线太强或太弱时无法观测, 解决此问题的方法, 一是避开光线太强或太弱的时段, 二是缩短观测距离。

4.2 电子水准仪的误差分析

电子水准仪克服了光学水准仪所产生的一些误差, 比如:没有人为读数误差;多条码测量, 削弱标尺分划误差;自动多次测量, 削弱外界条件变化的影响;可实现内外业一体化, 实现自动记录、检核、处理和存储等。但电子水准仪自身依然存在一些误差。

电子水准仪是由光学机械部分和电子设备组成, 其误差除由以上两项单独所产生的而外, 还包括二者组合产生的误差。其中光学机械部分产生的误差已被大家所熟知。以下主要对电子设备和二者组合所产生的主要误差进行简要分析。

4.2.1 光线的强弱引起条码标尺影像对比度的误差影响

电子水准仪是根据条码影像在探测器上的位置和比例进行测量的, CCD的物理特性决定其在光线过强或过弱、条码标尺表面光照不均匀、观测瞬间强光闪烁、外界热闪烁等情况下, 都会大大降低标尺成象的对比度, 也会造成局部失真, 这将造成测量误差, 甚至无法读数。为减弱该误差, 应尽量避免在光线太强或太弱时进行观测, 仪器扫描范围内的条码尺亮度要一致, 不能半明半暗, 当仪器处光线比标尺亮时, 应用物体对仪器进行遮挡。

4.2.2 信号处理 (图像处理) 的误差

电子水准仪的测量信号处理是获得高精度水准测量的关键环节, 条码影像在CCD阵列上的成象的质量以及处理技术的优劣, 在很大程度上决定着测量的精度。引起图像误差的主要原因包括CCD阵列的物理特性引起的误差、标尺被遮挡引起条码信息丢失的误差、调焦的准确引起的图像的分辨力误差、标尺倾斜引起的图像变形误差、测量信号形成时电子设备的误差等。一般来说, 图像的处理是由水准仪内置的软件完成的, 其误差依赖于软件的算法和技术的先进性。

4.2.3 电视准轴 (i角) 的误差

电视准轴 (i角) 的误差对水准测量的影响理论上与光学水准仪i角误差相同, 可以用前后视距等长加以减弱, 数字水准仪也可由机内设置的程序自动改正, 实测中, 前一周应每天对i角进行检查并改正, i角稳定后每周检查并改正一次。

4.2.4 外界条件变化引起的误差

外界条件变化的影响常常表现为各部件及其组合的综合影响, 外界因素影响产生的误差主要有:大气垂直折光的影响、仪器和标尺垂直位移的影响、地面震动的影响、地面电磁场的影响等。

5 结语

实践证明, 电子水准仪具有精度高、速度快、效率高等优势, 已被越来越广泛地用于各种精密工程测量中, 尤其在高程控制测量及沉降观测中具有较好的应用前景, 取代传统的光学水准仪是必然的发展趋势。

摘要：以实例数据为依据对电子水准仪的观测精度进行了探讨, 对其误差来源进行简要分析, 提出了解决办法。

电子水准仪 篇8

1 DiNi 12电子水准仪简介

1.1 DiNi 12电子水准仪原理

DiNi 12电子水准仪是利用仪器里的十字丝瞄准的电子图像感应器(CCD),当按下测量键时,仪器就会对瞄准并调焦好的尺子上的条码图片来一个快照,然后把它和仪器内存中同样的尺子条码图片进行比较和计算。这样,一把尺子的读数就可以计算出来并且保存在内存中。

1.2 DiNi 12电子水准仪特点

1)读数客观。

数字化的读数和记录数据,消除了人为误差,大大增强了数据的完善性;先进的感光读数系统感应可见白光即可测量,测量需读取条码尺30 cm范围;

2)精度高。

它是目前世界上精度最高的电子水准仪之一,每公里往返测中误差0.3 mm,最小显示0.01 mm;

3)速度快。

由于最短能够在3 s内就记录下测量值,省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量;

4)效率高。

只需调焦和按键就可以自动读数,减轻了劳动强度,并且节约了一个记录人员,也提高了经济效益。多种水准导线测量模式兼具平差功能,可实现内外业一体化。

2 DiNi 12 电子水准仪的使用

2.1 仪器参数设置

使用仪器前需对仪器参数进行设置(具体参数取值依据JGJ/T 8-97建筑变形测量规程),主要是如下几项,以下各值为按一级水准测量等级设定:

1)Height Unit:测量的高程的单位和记录到内存的单位,m;

2)Display resolution:最小显示单位,0.000 01 m;

3)Max dist:输入最大测量距离,当测量的距离超过此距离时会警告用户,30 m;

4)Min sight:输入最小视线高度0.30 m;

5)Max dif:输入在线路测量中的一测站最大偏差,0.000 30 m。

2.2 仪器操作步骤

2.2.1 建立新工程项目

按屏幕右侧EDIT键,然后按PRJ,选择NEW PROJECT,输入项目名称。

2.2.2 开始路线测量

按下在线路测量Line屏幕下的箭头所指的按键,按下新建路线New Line,输入路线号,选择测量模式(BFFB),输入后视点高程、点号、代码,然后就可以开始测量。

2.2.3 中断和结束测量

当前视观测结束后,就可以换站了,可以把水准仪关闭后再换站,当打开仪器后可以直接就进入刚才所在的地方,并且可以继续进行水准路线测量。

当观测结束并且已经观测了最后的闭合点,可以按下测段结束键Lend结束测量,同时输入结束点高程、点号、代码,此时仪器将显示出起始点和终点的高程之差,前后视距和等信息。

3 沉降观测数据的下载与处理

DiNi 12电子水准仪有两种数据下载方式,从PCMCIA卡中下载数据和从RS232串口下载数据。第一次从PCMCIA卡中下载数据时需先安装PCMCIA卡的驱动程序,然后就可以直接从PCMCIA卡复制文件到计算机中。从RS232串口下载数据时需先进行通讯设置使仪器与计算机中通讯参数设置一致,下载数据可以使用一些商业软件如恒华一点通HDLink软件,TGO等,还可以使用Windows自带的超级终端来传输。

对于数据平差一般用仪器本身平差程序即可,按MENU键,选择LINE ADJUSTMENT。平差之前要先把原始测量数据下载至计算机,平差之后原始测量数据将被平差后数据覆盖。数据下载至计算机后可以直接导入到Excel电子表格中,导入时选择按固定宽度分隔,然后按高程及点号排序,这样可以把所测沉降点高程放在一起,复制到沉降观测计录表中,计算本次沉降及累计沉降值并绘制沉降曲线图、分析沉降情况。

4 需注意的几个问题及待改进之处

DiNi 12电子水准仪是精密的电子仪器,在运输和使用过程中要注意安全,避免强烈振动,同时需注意以下几点:

1)水准尺要保护好,条码面保持清洁;损坏或太脏都会引起测量数据的错误;

2)照准标尺应调焦,使标尺成像清晰;

3)当仪器处光线比标尺亮时,应用物体对仪器进行遮挡,否则无法测量;

4)仪器扫描范围内的条码尺亮度要一致,不能半明半暗。

另外,因建筑物施工中沉降观测环境较复杂,使用DiNi 12水准仪进行沉降观测时主要存在以下缺点:

1)前后视距差及累积差超限没有报警功能;

2)两次中丝读数差超限没有报警功能;

3)因施工中障碍物较多,有时不能满足读取条码尺30 cm范围,最好能够把条码尺最小读数范围降至更低;

4)当近距离观测时,只要上丝离尺上边缘刻划较近,则不显示读数,要解决此问题,只有降低脚架;

5)如在地下室内观测时,如果亮度不够或不均匀则无法观测,水准尺上如果能安装照明装置则更能适应较暗环境。

5结语

与常规仪器相比,采用DiNi 12电子水准仪进行沉降观测,具有读数客观、速度快、效率高、精度高的特点,同时便于实现沉降观测内外业一体化。另外对于存在的一些问题,建议测量人员注意避免,同时仪器制造时能加以改进。

摘要：介绍了DiNi 12电子水准仪的原理、特点及性能指标,着重探讨了利用DiNi 12电子水准仪进行沉降观测的操作方法和参数设定等技术问题,并为DiNi 12电子水准仪的合理应用提出了建议。

关键词：DiNi12,电子水准仪,沉降观测

参考文献

[1]JGJ/T 8-97,建筑变形测量规程[S].

电子水准仪 篇9

Excel中大量的公式函数可以应用选择, 使用Excel可以执行计算, 分析信息并管理电子表格或网页中的数据信息列表, 可以实现许多功能, 带给使用者方便。因此将Di Ni03电子水准仪与Excel联合并通过Excel软件进行数据的整合和运算必将成为广大Di Ni03电子水准仪爱好者的必然选择。

1 Di Ni03电子水准仪的简单介绍

1.1 电子水准仪

电子水准仪是以自动安平水准仪为基础, 在望远镜光路中增加了分光镜和探测器 (CCD) , 并采用条码标尺和图象处理电子系统二构成的光机电测一体化的高科技产品。采用普通标尺时, 又可像一般自动安平水准仪一样使用。

电子水准仪利用仪器里的十字丝瞄准的电子照相机, 当按下Measure测量键时, 仪器就会把瞄准并调焦好的尺子上的条码图片来一个快照, 然后把它和仪器内存中的同样的尺子条码图片进行比较和计算。这样, 一个尺子的读数就可以计算出来并且保存在内存中了。

1.2 Di Ni03电子水准仪的特点

(1) 读数客观。不存在误差、误记问题, 没有人为读数误差。

(2) 精度高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图象经处理后取平均得出来的, 因此削弱了标尺分划误差的影响。多数仪器都有进行多次读数取平均的功能, 可以削弱外界条件影响。

(3) 速度快。由于省去了报数、听记、现场计算的时间以及人为出错的重测数量, 测量时间与传统仪器相比可以节省1/3左右。

(4) 效率高。只需调焦和按键就可以自动读数, 减轻了劳动强度。

2 Di Ni03电子水准仪数据传输方法

2.1 安装天宝传输程序:Data Transfer.exe。

2.2 用传输线连接DINI03电子水准仪和电脑。

2.3 电子水准仪自动启动。

2.4 电脑上出现“欢迎使用找到新硬件向导”, 此时应点击“下一步”, 然后屏幕会出现“向导正在安装软件, 请稍后..”, 待软件安装结束后点击“完成”。随后点击“开始”———“程序”———Trimble Data Transfer———Data Transfer。出现传输程序菜单, 点“连接水准仪和电脑连接完成”。点击“仪器设备”。点击“DINI”, 然后点击“新建”, 选择“TRIMBLE DINI (USB) 设备”, 确认。然后起一个名字, 如“DINI03USB”, 然后点击“完成”。

设备栏中最后一行会出现刚才命名的设备。点击“关闭”。点击“数据传输器”第一个“设备”旁的下拉菜单, 出现设备选择, 选择最后一个“DINI03USB”。选择“接收”数据, (图表凸出显示) , 然后选择“添加”, 此时点击“左健”全选, 点击“浏览”可以确认下载数据的存放位置。点击“打开”, 会出现需要传输的文件, 点击“全部传输”, 等待文件传输结束后, 最后点击“关闭”, 结束传输。

3 Excel作业过程

先用记事本打开原始数据文件 (DAT格式) , 删除带“####”的作废数据及其他无用数据行如“Reading 327”后保存。打开Excel, 文件-打开文件-选择原始数据文件-打开。会进入文本导入向导, 根据实际情况对数据进行分列后如图1。将不参与计算行与列数据隐藏, 在视距列后插入四列, 在读数后插入2列, 为方便统计也可在首行前加入标题行, 填上对应标题文件。之后开始编辑公式和函数进行计算。所需公式为:

根据公式可解算出相应视距差、高差, 选中图中如图红色区域, 出现黑色十字架, 拖动至最后一列对齐, 算出各视距差和各测站间视距和。之后运用Excel自动求和公式即可轻松计算出累视距计差、视距累计和、累计高差。该过程简单易懂, 却大大提高效率。不会出错。

4 平差原始数据生成

4.1 平差原始数据生成:可将Excel水准测量段的统计数据自动生成用于后续水准测量平差的数据文件。

4.2 具体步骤

4.2.1 启动“电子水准仪数据传输及转换程序”, 进入程序主界面。

4.2.2 工具→平差原始数据生成, 出现“已知水准点个数”对话框, 在此对话框中输入已知水准点的个数, 如输入“2”。出现“已知水准点点名和高程输入”对话框。

4.2.3 分别在“水准点点名”和“水准点高程”文本框中输入水准点点名和高程, 单击“下一个”后直接回车, 可进行下一个水准点点名和高程的输入, 这样一直循环, 直至输入所有的已知水准点的点名和高程, 单击“完成”按钮, 出项“打开水准测量统计表 (Excel表格) ”对话框, 选择已经整理好的水准测量统计表, 单击“打开”按钮。出现“输入Excel表格行数”对话框。

4.2.4 在“输入Excel表格行数”对话框中输入水准测量统计表的行数, 单击“确定”按钮。返回程序主界面, 在主界面显示区中已经自动生成了水准测量的原始平差数据 (如图2所示) 。

文件数据结构如下:

该文件的内容也分为两部分, 第一部分为高程控制网的已知数据, 即已知高程点点号及其高程值 (见第Ⅰ部分) 。第二部分为高程控制网的观测数据, 它包括测段的起点点号, 终点点号, 测段高差, 测段距离 (见第Ⅱ部分) 。

4.2.5 文件→保存, 对水准测量原始平差数据进行保存, 以备后续水准平差用。

4.2.6 文件→退出, 退出应用程序。

5 结束语

Trimble-Di Ni03电子水准仪发挥出其精度高、效率高、速度快的特点, 完全满足二等水准测量的要求, 其数据真实性和完整性得到了使用者的好评, 而且大大减轻了野外作业的劳动强度, 在生产过程中发挥了不可替代的作用。现阶段的应用已经提高了效率, 缩短了工作周期, 使整个作业过程快捷化, 信息化。在整个过程中不受人为因素影响, 完全避免了人工出错。相信在不久的将来DINI03电子水准仪与Excel联合会造福更多的电子水准仪使用者并得到更好的发展与应用。

摘要：随着测绘仪器制造技术的飞速发展, 电子水准仪在水准测量中被广泛应用。在众多种类的水准仪中电子水准仪更是以其卓越的性能、简单方便的使用方法受到人们的青睐。电子水准仪也使得水准测量进入了数字时代, 这在一定程度上大大提高了生产效率, 并被广泛应用在生活的各个领域。而如何将DINI03电子水准仪对外采集数据传输到计算机中去, 并将所采集的数据通过Excel进行整合、计算成为了许多使用DINI03电子水准仪人们所关注的问题。文章将简要论述这一话题。希望给读者以深刻启示。

关键词：电子水准仪,Excel,应用

参考文献

[1]杨振涛, 张正禄, 杨蜀江, 等.电子水准仪DINI20和DL102试验与精度分析[J].测绘工程, 1997, 6 (4) :36.

[2]邓融.如何评价电子水准仪的质量与性能[J].北京测绘, 2002 (3) :42-45.

基于数字水准仪条码评价指标研究 篇10

条码水准标尺是高精度数字水准测量系统的重要组成部分, 其编码规则以及相应的识别读数算法对水准测量精度起着十分重要的作用。随着条码应用的推广和深入, 要求条码表示图像、图形等各种信息, 适应不同的应用环境, 因此需要提高条码符号的信息密度, 使在有限的几何空间内表示更多、更可靠的信息, 故而对条码的信息密度、可靠性、信息安全性要求也越来越高, 条码编码理论和条码的评价指标的研究显得很有必要。

2. 条码的评价指标

水准测量是通过标尺条码的条和空的宽度变化以及纵向排列来传载信息的, 因此其编码规则与测量精度直接相关, 研究其评价指标非常必要。衡量一种条码编码方法优劣的最关键的两个因素是:条码的信息密度、条码图像的分辨率。条码的评价指标之一:条码的信息密度信息密度 (The information density) 指一份信息所能提供的相关信息量的相对指标。信息密度的意义是多方面的, 在一般情况下, 在信息系统中, 信息密度是单位信息阻抗具有的信息。系统从一个状态变化到另一个状态需要一定能量, 这个能量就是信息能。在系统中这个信息能的需要形成一个信息能壁垒, 阻止系统的变化, 称为信息能阻抗。在对各种体系的信息进行比较时, 必须在同样的信息能阻抗条件下来进行, 各种体系的信息能阻抗是不同的, 因此必须在单位信息能阻抗的前提下来比较, 即通过信息密度来比较。条码的信息密度可以用条码的最大编码容量与其一个单元的宽度之比来衡量。模块组配法编码信息密度:对于用模块组配法编码的条码字符, 假设包含n个模块, 且条码中条与空的个数不加限制, 由于每个模块可以表示1或0, 那么它的编码容量N (n) 为2n。由于条码字符中条与空数目的可变性, 造成了边界的不确定性, 不利于条码的识别。实际应用时, 应确定条码字符中条与空的个数。

对于一个条码字符, 如果它由k对条与空组成, 共包括n个模块, 称之为 (n, k) 码, 其中的n个模块包含了2k个条与空, 则其条码边界数为从n-1个模块边界中选出2k-1个边界的排列数, 亦即可表示的码字数为

当k=[ (n+3) /4]时, 编码的字数N (n, k) 最大。

则 (n, k) 码可以表示的最大码字数N (n) 为

设单位模块宽度为λ, 则条码的最大信息密度Ф (n) 为

宽度调节法编码信息密度:在宽度调节法中, 由于条码字符的条与空的宽度变化只有两种, 其不固定的条、空数对识别影响不大。设一条码字符的宽度为n, 采用可变的条空数, 若其中有k个宽单元, 则共有n-k个单元。设宽窄比为2, 则k≤n/2。此条码字符最多可以表示的码字数N (n) , 即为从n-k个单元中选出k个宽单元的排列数, 为

式 (2.4) 为Fibonacci数列, 其通项公式为

设单位模块宽度为λ, 则其条码最大信息密度Ф (n) 为

比较式 (2.3) 和式 (2.6) , 设模块宽度λ=1, 当单位字符宽度小于等于7时, 模块组配法的编码密度小于宽度调节法;大于7时, 模块组配法的编码密度大于宽度调节法, 而且随着字符宽度的增加, 这种趋势更加明显。因此, 当模块数较多时, 选择模块组配法作为编码方式可以获得更高的编码容量。为了获得更高的编码容量, 目前大多数二维条码都采用模块组配法作为编码方式。

当用模块组配法编码时, 由式 (2.3) 可知, 要获得较高的条码信息密度, 需使λ较小、n较大。

条码的评价指标之二:条码图像的分辨率

傅立叶分析方法应用于光学领域后, 光学成像系统常被看成一个空间滤波器。一个理想的非相干光学系统可看作一个低通滤波器, 且为线性空间不变系统。

而线性空间不变系统中的 (x, y) 点的脉冲输入响应, 就是对原点脉冲响应的平移, 即

其中, S{}表示线性系统变换, h表示系统的脉冲响应。

系统输入函数f (x, y) 可处理成不同位置δ函数的加权叠加, 即

可见, 一个线性空间不变系统的输出由其输入信号与该系统的脉冲响应卷积确定。

光学系统的理想成像是物空间一点发出的光能量在像空间也集中在一点上, 但实际却是分散在一定的区域内, 这种分布情况称为点扩散函数, 它表示光学系统对点光源的响应。

3. 结论

本文提出了两项重要的编码设计衡量指标——条码的信息密度和条码图像分辨率。用条码的最大编码容量与其一个单元宽度之比衡量承载的信息密度, 利用光学系统的点扩散函数研究条码图像的分辨率, 得出码元边缘的间距相等时分辨率最好的结论。

参考文献

[1]陈耿彪, 乌建中, 乐韵斐.数字水准仪标尺编码原理研究.测绘学报, 2008, Vol.37 (3)