数字水准仪产品及原理介绍

主要卖点:

字母与数字键盘 线路平差 精度 0.3 mm 视场 = 30cm 笨大 较小的显示窗 (4x21字符) 稍有点重 较老式 无圆水准器的照明 无标准电池的概念 用 Trimble仪器的PCMCIA卡才能测量
缺点:

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相关法—标尺及相关原理（3）
由于标尺到仪器的距离不同，条码在探测 器上成像的“宽窄”也将不同，测量信号 片段条码的“宽窄”会变化，引起相关困 难。徕卡数字水准仪采用二维相关法，以 一定步距改变仪器内部参考信号的“宽窄” 与CCD采集到的测量信号相比较，如果没 有相同的两信号， 则再改变 ，再进行一 维相关， 直到信号相同为止。参考信号 的“宽窄”与视距是对应的。“宽窄”相 同的两信号相比较是求视线高的过程，在 此二维相关中， 一维是视距， 另一维是 视线高，二维相关之后视距就可以精确算 出。 18
主要特点:



1.8mm/km RS232C 接口数据输出 1°30’的电子视场 补偿器置平精度 5” 放大倍率 26x
主要卖点:

较强的防雨功能 耗电少 重量轻 测量时间短 (2秒)
缺点:


样子笨 显示窗小 (128x32象素) 应用特色少 无圆水准器照明 测量距离近 (2-60m)
可以想象从原始参考信号一步一步缩放比较的相 关的计算量会很大， 使读数时间过长。为了缩 短读数时间，徕卡数字水准仪内部设计有调焦移 动量传感器采集调焦镜的移动量，由此可以反算 出概略视距，初步可以确定物像比例。 对仪器 内部的参考信号的“宽窄”进行缩放，使其接近 探测器采集到的测量信号的“宽窄”，然后再进 行二维相关。这样可以减少８０％的相关计算 量．使读数时间缩短到４秒以内。
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相关法—电子原理
调焦透镜 位置
调焦 编码器 补偿器监视 条码影像
பைடு நூலகம்
模块
A D
读出电 子部件 信号处 理芯片
GSI接口 机外电源 机外接口
CCD
视频 信号
显示屏
ACCU 500mAh
8Bit CPU Gate array 门阵列
键 盘
键盘和 测量按钮
CCD （ Charge Coupled Device ） 是由按照一定规律排列 的ＭＯＳ（金属一氧化物一半导体）电容器阵列组成的移 位寄存器，线阵ＣＣＤ长约 6.5 mm ，由中心距为 ２５μm 的 ２５６个光敏二极管组成．其光敏窗口宽度为２５μｍ。 一个光敏窗口也称一个象素（或象元）。
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缺点:


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竞争 对手- Topcon DL – 101/102
主要特点:



0.4mm / 1.0mm/km PCMCIA 卡数据存贮和内部数据存贮 1°20’的电子视场 补偿器置平精度 0.3˝ / 0.5 ˝ 放大倍率 32x / 30x
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竞争对手 – Internet查询
更多的信息:


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三、Leica DNA03/10 的特性和优点1
特性 优点
• 重量轻. • 直观好用的字母数字 键盘 (TPS700 概念)。 • 大存贮容量. • 闪存. • PCMCIA 卡槽. • RS232 接口.
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Qi Pi t N
1
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N
相关法—相关示例
模二和 的运算规 则如下： 0⊕0=1 0⊕1=0 1⊕0=0 1⊕1=1 设t=0, {P} =110100011011111011111 {Q} =100011011111011111000 相关函数序列 {R} =101000111011011011000 由此得相关函数 R0=11－10＝1 相关系数 ρ 0=1/21=0.05 P=1101000110111110111110001110111… Q= 100011011111011111000 R= 110100010111010111001
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相关法—标尺及相关原理（5）
•移动一个基本码宽来进行比较的 精度是不够的，但是可以作为粗相 关过程，得到粗读数。再在粗读数 上下选取一定范围，减少步距，进 行精相关，就可以得到精度足够的 读数。 •
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相关法—调焦移动传感器
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相关法—伪随机码简介
伪随机码属于二进制码，它的结构可以预先确定， 并且可以重复产生和复制，另一方面它还具有随机 特性，即统计特性。GPS中的载波就是用这种伪随 机码调制的。该码由线性移位寄存器产生。这种码 用在数字水准仪中具有可以在1.8—100m距离内使 用相关法的特点。 标尺上的白码条或黄码条在CCD器件上产生光 电流，在电路上为高电平，我们用二进制的“1”表 示，相反黑码条用“0”表示。从条码标尺上测量得 到的徕卡仪器的参考码序列为： {P}=1101000110111110111110001110111…0100000 01001001101
数字水准仪工作原理
欢迎各位朋友 惠顾郑州
解放军信息工程大学测绘学 院测量工程与装备系
蒋理兴
JLXZT@
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一、数字水准仪产品
1990
NA2000（世界第一）
2002
Leica DNA03/10
1994
Topcon DL-101/102
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DNA 系列软件 –概要
‘你所要用的’-应用程序和功能机内即时调用
应用简单，操作容易 在线作业管理 按当地需求改制显示内容 用户可定义数据输出格式
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DNA 系列的外部特性
显示内容可按层、名称和流程定制 固件是可升级 仪器软件接口上载 通过 PCMCIA 卡输出数据
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相关法—标尺及相关原理（1）
徕卡数字水准仪配套的水准标尺 为伪随机条码，该条码图象已被 存储在数字水准仪中作为参考信 号。在条码标尺上，最窄的条码 宽为2.025mm（黑的、黄的或白 的），称为基本码宽。在标尺上 共有2000个基本码(指4.05m的标 尺)，不同数量的同颜色的基本 码相连在一起，就构成了宽窄不 同的码条。
RS232 接口
钻石般的圆水准器 (有照明)
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字母数字 键盘
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Leica DNA03/10 的特性和优点4
内存: 6000 测量点或 1650个测站的前后视 杰出的 设计和外型
宽大的 LC显示屏
可变的数据 输出格式
分离的开关键
中轴位置 的测量按钮 分离的 DATA 和 ESC 键 独立的 的定位键
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相关法—相关示例
设t=1, ：
{P}=101000110111110111110
{Q}=100011011111011111000 {R}=110100010111010111001
此相关函数
R1=12 相关系数
－ 9 ρ1＝3／21＝0.14
＝
3
同理有t=2时 R2=13－8＝5
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相关法—相关函数
假定望远镜从条码标尺上截取的条码片段经电子 部件处理后得到的测量码序列为： {Q}=100011011111011111000
则相关函数表示为：
Rt Qi Pi t
1
N
式中：N为测量码序列中码元的个数； i =1,2,…,N为测量码序列中码元的序号; + 表示模二和运算。 t=0,1,.2,…,M-N-1，是移位相关的次数，而步距为一个码元 M 为参考码元的个数； 表示两序列中相同元素的个数和减去不同元素的个数和。 相关系数表示为： 1 t
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相关法—标尺及相关原理（2）
测量信号与参考信号进行比较， 这就是相关过程, 称为相关。例 如先与标尺底部对齐，发现不相 同，然后往上移动一个步距（基 本码宽），再比较，直到两码相 同为止，或说两信号相同为止， 也就是最佳相关位置时， 读数 就可以确定。如图中的０.116ｍ。 移动一个基本码宽来进行比较的 精度是不够的，但是可以作为粗 相关过程，得到粗读数。再在粗 读数上下选取一定范围，减少步 距，进行精相关，就可以得到精 度足够的读数。
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ρ2=5/21=0.24
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相关法—相关示例
t=3时
t=4时 t=5时 t=6时
R3=21-0=21
R4=11－10＝1 R5=10－11＝－1 R6=9－12＝－3
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相关法—标尺及相关原理（4）
由于标尺到仪器的距离不同，条码在探测 器上成像的“宽窄”也将不同，测量信号 片段条码的“宽窄”会变化，引起相关困 难。徕卡数字水准仪采用二维相关法，以 一定步距改变仪器内部参考信号的“宽窄” 与CCD采集到的测量信号相比较，如果没 有相同的两信号， 则再改变 ，再进行一 维相关， 直到信号相同为止。参考信号 的“宽窄”与视距是对应的。“宽窄”相 同的两信号相比较是求视线高的过程，在 此二维相关中， 一维是视距， 另一维是 视线高，二维相关之后视距就可以精确算 出。 19