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20世纪40年代，电磁波测距技术迅猛发展，距离测
量完成了从钢尺量距等人工测量手段到自动化电子测距
的转变。20世纪60年代出现的电子测角技术，使角度测 量完成了从光学仪器到电子仪器的转变。在距离和角度
测量中，待测量和测量仪器在空间上可以认为是一体的， 测量仪器的读出值就是待测量，其自动化过程就是实现
数字水准仪概述及使用
2008年4月
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第一节 数字水准仪的发展简史
高程测量中的几何水准测量方法是 最古老、耗费最大、但又是最精密的 测量方法，因而一直延用至今。目前， 还没有其他方法可以完全取代几何水 准测量。为实现水准仪读数的数字化， 近30 年人们进行了大量的实验研 究… … 。
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应该说，从1990年起，大地测量仪器已 经完成了从精密光机仪器向光机电测一体 化的高技术产品的过渡。由于数字水准仪 测量速度快、读数不受人工干扰、能够大 大减轻作业人员的工作强度和作业人员的 数量，又具有测量精度高、可以自动测量、 自动存储和处理测量数据等显著优点，因 此，数字水准仪代表了水准仪的发展方向， 是现代化和信息化测量最有力的助手，成 为测绘仪器生产厂家竞相开发的高科技产 品。
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惊喜！
由武汉大学校长刘经南院士领导、叶晓 明工程师主持发明设计的数字式电子水准仪 技术获得原理性突破，2007年1月12日通过国 家测绘局主持的专家鉴定。该成果将我国的 测绘仪器制造技术推上一个新台阶。
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武汉大学发明的载码相位法测量原理 是一种全新的数字式电子水准仪测量原理， 它在相位式光电测距原理和GPS的载波相 位测距原理的基础上，对测绘仪器技术原 理的共通性进行了再度发挥。
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到1994年，德国蔡司公司、日本拓 普康公司也相继研制成功了拥有自主 知识产权的数字水准仪产品。1998年， 日本索佳公司也开发了拥有自主知识 产权的数字水准仪，这样就形成了目 前测绘仪器市场上4种数字水准仪的局 面。
当然，由于早期人们对数字水准
仪的测量原理认识不足，在第一代数
字水准仪测量系统中还存在21年4月11日星期日
例如，需要借助于调焦镜位置传感器首先确定 物像比，才能够确定视线高及视距；又如，有 些仪器在某些视距处，视线高测量值中存在明 显的周期误差。通过近20年的研究，人们对数 字水准仪测量原理及各项误差的研究已经相当 深入，仪器生产厂家依据这些研究结果不断改 进了产品的质量，使数字水准仪的质量大大提 高。数字水准仪现已发展到了第二代，其精度 已经达到了一、二等水准测量的精度要求。
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第一节 数字水准仪的发展简史
数字水准仪是20世纪90年代发展起来的现代测绘 仪器，它集光机电、计算机和图像处理等高新技术为 一体，是现代科技最新发展的结晶，代表了测绘仪器 的发展方向之一。
要描述一个目标点的空间位置，必须给出该点三 维坐标（x,y,z)，其中（x,y)坐标可由方位角及距离 给出；z坐标可由三角高程测量、几何水准测量、GPS 高程测量和流体静力水准测量等方法进行确定。其中， 几何水准测量精度最高，已经广泛地应用于生产实践 中。
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1990年3月瑞士徕卡（Leica）公司推出 了世界上第一台数字水准仪NA 2000，它是 由Gachter, Muller等人组成的研究组研制成 功的。他们在NA 2000上首次采用图像处理 技术来处理标尺的影像，并以行阵传感器 取代测量员的肉眼进行读数。这种传感器 可以识别水准标尺上的条码分划，并用相 关技术处理仪器的测量信号，自动显示与 记录视线高读数和视距，从而实现观测自 动化，攻克了大地测量仪器中水准仪数字 化读数的最后一道难关。
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前民主德国蔡司公司采用了另外一种 自动化读数方式，他们在RENI002A精密 光学水准仪上安装线阵CCD传感器，用于 取代原光学测微器，从而实现测微器读数 的自动化。在人工读出标尺的粗读数后， 可以将精、粗读数一并存人仪器的存储器。 但由于这种水准仪还需要输人标尺的粗读 数，没有实现真正自动化读数。
这一原理不仅突破了外国公司的专利 封锁，实现了国产数字式电子水准仪新型 原理和技术实现的捷径，而且更具有理论 上的创新性和技术上的先进性，实现了制 造技术的最大性能价格比，分辨率高，测 量速度是目前最快的。
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数字水准仪具有测量速度快、读数客观、 精度高、能减轻劳动强度、测量数据便于输 入计算机和容易实现水准测量内外业一体化 的特点，因此投放市场后很快受到用户青睐。 数字水准仪定位在中精度和高精度水准测量 范围，分为两个精度等级，中等精度的标准 差为：± （1. 0 ～ 1. 5）mm/ km，高精度的 为：±（0. 3 ～ 0. 4）mm/ km。
读数自动化。然而到20世纪80年代末，精密水准测量还 在使用传统的光学仪器。这是由于水准仪和水准标尺不
仅在空间上是分离的，而且两者的距离可以从1米多变 化到100米，水准仪的读出值并非待测量，因此在技术 上引起了实现数字化读数的困难。
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为实现水准仪读数的数字化，人们进行了各种尝 试。最早进行数字水准仪测量原理研究的是Zetsche 教授，1966年他在其博士论文中提出了一种数字水准 仪的方案：第一步将按一定规律编码的水准尺的标尺 图像依一定比例缩小并刻划在水准仪的分划板上；第 二步将水准尺的成像与分划板上的图像进行比较从而 获得水准仪视准轴的读数。对于不同视距，Zetsche 教授采用一种特殊物镜系统，用于补偿调焦变化引起 的标尺图像大小的变化。但由于当时缺乏合适的电子 器件，这种方案没有得到进一步发展。
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徕卡 DNA103
蔡司 DINI101
拓普康 DL102
索佳SDL30M
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目前国产数字水准仪的研制还处于起步 阶段，但随着新的编码原理的提出及国民经 济发展的不断需求，相信不久我国也会研制 出拥有自主知识产权的数字水准仪… … 。