本發明專利技術涉及數字水準測量系統、方法、復合編碼水準標尺及其生產方法，復合編碼水準標尺的尺面上橫向設有精碼區和讀數區，所述精碼區內豎直方向設有間隔相等、大小相同且單列排布的標示圓，各標示圓的圓心距離標尺底面的位置可通過對應設置的讀數區計算得到；本發明專利技術這種設置結構簡單，易于實現，生產工藝中使用模板復制形式生產復合編碼水準標尺可以使每支標尺具有高度一致性，從而可以采用對模板進行高精度標定，使用數學模型進行改正的方法保證高精度讀數，同時簡化生產工藝，降低成本；儀器系統可以滿足國家一、二等水準測量標準；且高精度銦鋼尺使用銦鋼帶作為基尺，配合高分辨率面陣CCD可達到0.01mm分辨率，大大提高了測量精度。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于測繪科學與
，涉及一種復合編碼水準標尺及其生產方法和使用該復合編碼水準標尺的數字水準測量系統和方法。
技術介紹
數字水準測量儀器一般由編碼水準標尺和水準儀組成，為實現水準測量讀數自動化和高精度，水準標尺的編碼設計至關重要，水準儀通過對編碼水準標尺的照準并獲取標尺圖像，通過解碼獲得水準儀水平視線在水準標尺上高度的精確讀數。當前有多款數字水準儀，如瑞典海克斯康公司的徠卡DNA系列(原徠卡測量系統有限公司)、美國天寶公司的DINI系列(原德國蔡司公司)、日本拓普康公司的DL系列等，國內武漢大學也設計數字水準 儀；當前所有數字水準標尺都是基于不同的條型碼為基礎設計，使用線型CCD獲取圖像并解碼。從數字水準儀的工作原理可知，水準測量時通過標尺條碼的條和空的寬度變化以及縱向排列來傳載信息，則條形碼的條碼編碼規則與測量精度直接相關，這樣若是想要得到高精度的水準標尺，對水準標尺的線碼刻劃要求精度很高達微米級，生產工藝要求高，生產成本高，因此售價高，且每支標尺的誤差不一致；標尺上的不均勻照明如樹的陰影會嚴重影響儀器正常工作，制約了數字水準標尺的發展。當前各類數字水準儀是根據編碼標尺影像在線陣CCD探測器上的位置和比例進行測量的。當望遠鏡照準條碼標尺后，編碼標尺上寬度不同的條碼通過望遠鏡分劃板成像到像平面上的線陣CCD探測器上，CCD探測器將黑白相間的條碼圖像轉換成模擬視頻信號，隨后轉化成電信號，經整形后進入模數轉換系統(A / D)，從而輸出數字信號送入微處理器，經儀器內部的數字圖象處理，形成測量信息；再將編碼標尺的測量信息與已存貯的參考信息按一定的方式進行比較，即可獲得編碼標尺的讀數，即CCD中絲處標尺條碼圖像的高度之，其過程如圖I所示。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種復合編碼水準標尺及其生產方法，以解決現有的高精度數字水準標尺對生產工藝要求過高所帶來的問題。本專利技術的另一目的是提供一種數字水準測量系統和方法，以實現對標尺的精確讀數。為實現上述目的，本專利技術的復合編碼水準標尺技術方案如下該標尺的尺面上橫向設有精碼區和讀數區，所述精碼區內豎直方向設有間隔相等、大小相同且單列排布的標示圓，各標示圓的圓心距離標尺底面的位置可通過對應設置的讀數區計算得到。進一步的，所述讀數區包括數字標注區和/或粗碼區，該粗碼區內豎直方向設有間隔相等、大小相同且單列排布的編碼塊，且每個編碼塊均等分為MXN個矩形格，其中M、N為正整數，編碼塊內各矩形格通過填充不同顏色來表示0、1用于二進制編碼，編碼塊的四邊設有用于編碼塊定位的標示框，所述數字標注區內豎直方向設有間隔相等、大小相同的矩形框，且各矩形框內設置自然數。進一步的，所述數字標注區設置的自然數表示距離標尺底面的高度，所述粗碼區內的二進制編碼表示該編碼塊距離標尺底面的數值，且數字標注區的各矩形框設置間隔大于粗碼區的各編碼塊的設置間隔。進一步的，所述標尺的尺面采用黑白兩種顏色來突出顯示標示圓及讀數區讀數。進一步的，所述標尺的尺面底色為白色，標示圓為黑色，粗碼區的編碼塊的標示框為黑色，矩形格分別用黑、白表示1、0，數字標注區的矩形框為黑底白字。為實現專利技術目的，本專利技術的復合編碼水準標尺的生產方法技術方案如下一、二等水準測量的水準標尺為高精度銦鋼尺，三、四等水準測量的水準標尺為普通標尺，水準標尺的生產方法如下 (I)高精度銦鋼尺分銦鋼帶尺和輔助基尺兩部分，銦鋼帶尺采用固定寬度和厚度的銦鋼帶，表面先噴涂白色涂層，采用模板復制的方式進行生產，模板采用長2m或3m、寬度與銦鋼帶尺一致、一定厚度的銦鋼制作，按精碼區內各標示圓的布設結構使用精密數控機床鉆孔，孔邊緣坡度為45°，孔的直徑為標示圓直徑，復制銦鋼帶尺的精碼區時，模板與標尺銦鋼帶片緊密疊合，使用激光刻畫或涂料噴涂將模板的圓孔復制到銦鋼帶上；讀數區的模板采用不銹鋼制作，采用涂料噴涂或激光刻畫方式復制到鋁合金輔助基尺上；普通標尺的生產同樣采用模板復制的方式進行，將所有精碼區和讀數區的編碼刻制在一條鋼板上，整體復制到輔助基尺上；(2)采用精密攝影測量系統進行標定，以O. Olmm精度標定每個標示圓的中心距標尺底面的距離及相鄰兩圓心之間的距離得到相應的修正值，該修正值供數字水準儀解碼時改正，以達到高精度目的。為實現專利技術目的，本專利技術的數字水準測量系統包括水準儀，該水準儀包括望遠鏡、分光鏡、分劃板、目鏡、處理器和顯示器，該系統還包括與水準儀配合使用的復合編碼水準標尺，所述水準儀還包括面陣CCD用于獲取所述水準標尺的圖像，并上傳給處理器進行處理得到測量結果；所述復合編碼水準標尺的尺面上橫向設有精碼區和讀數區，所述精碼區內豎直方向設有間隔相等、大小相同且單列排布的標示圓，各標示圓的圓心距離標尺底面的位置可通過對應設置的讀數區計算得到。進一步的，所述讀數區包括數字標注區和/或粗碼區，該粗碼區內豎直方向設有間隔相等、大小相同且單列排布的編碼塊，且每個編碼塊均等分為MXN個矩形格，其中M、N為正整數，編碼塊內各矩形格通過填充不同顏色來表示0、1用于二進制編碼，編碼塊的四邊設有用于編碼塊定位的標示框，所述數字標注區內豎直方向設有間隔相等、大小相同的矩形框，且各矩形框內設置自然數。為實現專利技術目的，本專利技術的數字水準測量方法的步驟如下(I)將水準儀和復合水準標尺分別設于固定位置構成數字水準測量系統，用數字水準儀獲取對準后的水準標尺圖像，去除背景后提取距離圖像中心最近的讀數區圖像；(2)確定最近的讀數區圖像的編碼含義；(3)根據讀數區圖像的編碼含義計算讀數區圖像所處的位置，并結合讀數區與精碼區的相對位置關系，給出視場內每個圓心所處的位置；(4)由視場內各圓心所處的位置計算得到任意兩圓心之間的中點位置及物像比計算得到該任兩圓心之間的中點到中絲的距離，視場內該任兩圓心之間的中點到標尺底部的高度減去該兩圓心之間的中點到中絲的距離，即得到視線高度。進一步的，不考慮標尺模板誤差修正值時，所述視線高度的計算公式為h=k(Ci+(j-i)/2)-A(XjIXi)/2,其中 A= (j-i) V(Xj-Xi)；式中=Ci是第i個圓心距離標尺底部數起的序號，可由讀數區解譯判讀出來，k為相鄰兩圓心間距離；k(Ci+(j-i)/2)是標尺上第i個圓心至第j圓心中點到標尺底面的距離；A(\+Xi)/2是標尺第i個圓心至第j圓心邊線中點到中絲的距離；當考慮標尺模板誤差改正數時，視線高度的計算公式為 h=kCi+ δ i+k(j-i)/2+ δ "/2)-A (xj+xj/2,其中 A=((j_i)k+ δ υ) / (Xj-Xi)上式中S i是第i個圓圓心距標尺底面的標稱長度與標定實際長度的差值，δ ,j是第i個圓圓心距第j個圓圓心的標稱長度與標定實際長度的差值。本專利技術的復合編碼水準標尺分別設置精碼區和讀數區，精碼區內豎直方向設有間隔相等、大小相同且單列排布的標示圓，各標示圓圓心距離標尺底面的位置可通過對應設置的讀數區計算得到，這種使用圓心位置表示標尺高度使得儀器距標尺的遠近對讀數精度的影響很小可以忽略，這種設置結構簡單，易于實現。本專利技術的復合編碼水準標尺的生產方法，使用模板復制形式生產復合編碼水準標尺可以使每支標尺具有高度一致性，從而可以采用對模板進行高精度標定，使用數學模型本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種復合編碼水準標尺，其特征在于：該標尺的尺面上橫向設有精碼區和讀數區，所述精碼區內豎直方向設有間隔相等、大小相同且單列排布的標示圓，各標示圓的圓心距離標尺底面的位置可通過對應設置的讀數區計算得到。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒濤，
申請(專利權)人：鄒濤，
類型：發明
國別省市：
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