[发明专利]数字水准测量系统、方法、复合编码水准标尺及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，涉及一种复合编码水准标尺及其生产方法和使用该复合编码水准标尺的数字水准测量系统和方法。

背景技术

数字水准测量仪器一般由编码水准标尺和水准仪组成，为实现水准测量读数自动化和高精度，水准标尺的编码设计至关重要，水准仪通过对编码水准标尺的照准并获取标尺图像，通过解码获得水准仪水平视线在水准标尺上高度的精确读数。当前有多款数字水准仪，如瑞典海克斯康公司的徕卡DNA系列（原徕卡测量系统有限公司）、美国天宝公司的DINI系列（原德国蔡司公司）、日本拓普康公司的DL系列等，国内武汉大学也设计数字水准仪；当前所有数字水准标尺都是基于不同的条型码为基础设计，使用线型CCD获取图像并解码。从数字水准仪的工作原理可知，水准测量时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，则条形码的条码编码规则与测量精度直接相关，这样若是想要得到高精度的水准标尺，对水准标尺的线码刻划要求精度很高达微米级，生产工艺要求高，生产成本高，因此售价高，且每支标尺的误差不一致；标尺上的不均匀照明如树的阴影会严重影响仪器正常工作，制约了数字水准标尺的发展。

当前各类数字水准仪是根据编码标尺影像在线阵CCD探测器上的位置和比例进行测量的。当望远镜照准条码标尺后，编码标尺上宽度不同的条码通过望远镜分划板成像到像平面上的线阵CCD探测器上，CCD探测器将黑白相间的条码图像转换成模拟视频信号，随后转化成电信号，经整形后进入模数转换系统(A／D)，从而输出数字信号送入微处理器，经仪器内部的数字图象处理，形成测量信息；再将编码标尺的测量信息与已存贮的参考信息按一定的方式进行比较，即可获得编码标尺的读数，即CCD中丝处标尺条码图像的高度之，其过程如图1所示。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合编码水准标尺及其生产方法，以解决现有的高精度数字水准标尺对生产工艺要求过高所带来的问题。

本发明的另一目的是提供一种数字水准测量系统和方法，以实现对标尺的精确读数。

为实现上述目的，本发明的复合编码水准标尺技术方案如下：该标尺的尺面上横向设有精码区和读数区，所述精码区内竖直方向设有间隔相等、大小相同且单列排布的标示圆，各标示圆的圆心距离标尺底面的位置可通过对应设置的读数区计算得到。

进一步的，所述读数区包括数字标注区和/或粗码区，该粗码区内竖直方向设有间隔相等、大小相同且单列排布的编码块，且每个编码块均等分为M×N个矩形格，其中M、N为正整数，编码块内各矩形格通过填充不同颜色来表示0、1用于二进制编码，编码块的四边设有用于编码块定位的标示框，所述数字标注区内竖直方向设有间隔相等、大小相同的矩形框，且各矩形框内设置自然数。

进一步的，所述数字标注区设置的自然数表示距离标尺底面的高度，所述粗码区内的二进制编码表示该编码块距离标尺底面的数值，且数字标注区的各矩形框设置间隔大于粗码区的各编码块的设置间隔。

进一步的，所述标尺的尺面采用黑白两种颜色来突出显示标示圆及读数区读数。

进一步的，所述标尺的尺面底色为白色，标示圆为黑色，粗码区的编码块的标示框为黑色，矩形格分别用黑、白表示1、0，数字标注区的矩形框为黑底白字。

为实现发明目的，本发明的复合编码水准标尺的生产方法技术方案如下：一、二等水准测量的水准标尺为高精度铟钢尺，三、四等水准测量的水准标尺为普通标尺，水准标尺的生产方法如下：

（1）高精度铟钢尺分铟钢带尺和辅助基尺两部分，铟钢带尺采用固定宽度和厚度的铟钢带，表面先喷涂白色涂层，采用模板复制的方式进行生产，模板采用长2m或3m、宽度与铟钢带尺一致、一定厚度的铟钢制作，按精码区内各标示圆的布设结构使用精密数控机床钻孔，孔边缘坡度为45°，孔的直径为标示圆直径，复制铟钢带尺的精码区时，模板与标尺铟钢带片紧密叠合，使用激光刻画或涂料喷涂将模板的圆孔复制到铟钢带上；读数区的模板采用不锈钢制作，采用涂料喷涂或激光刻画方式复制到铝合金辅助基尺上；

普通标尺的生产同样采用模板复制的方式进行，将所有精码区和读数区的编码刻制在一条钢板上，整体复制到辅助基尺上；

（2）采用精密摄影测量系统进行标定，以0.01mm精度标定每个标示圆的中心距标尺底面的距离及相邻两圆心之间的距离得到相应的修正值，该修正值供数字水准仪解码时改正，以达到高精度目的。