[实用新型]一种自动测量的数字水准仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种自动测量的数字水准仪，具体涉及一种能自动跟踪水准尺并自动完成测量的数字水准仪。

背景技术

水准测量的基本原理是用水准仪的水平视线照准垂直竖立在两点上的水准尺读数来测定两点间的高差。

水准测量有光学水准测量和数字水准测量两种方法。

光学水准测量是目前使用的最多、可满足各种等级的水准测量方法，测量时使用光学水准仪和水准尺。光学水准仪主要由望远镜、分划板、气泡式水准器、外壳和基座组成，望远镜由物镜、调焦透镜、目镜构成，自动安平水准仪还带有自动安平装置。分划板上在垂直方向平行等间隔刻有三根水平丝，分别称为上丝、中丝和下丝。光学水准测量用的水准尺是在尺身上制有等间隔刻划和对刻划的高度的数字标注，为了便于识别等间隔刻划又有几种不同的图案.用光学水准仪进行测量时，首先将水准仪安装在三脚架上，并根据气泡式水准器调平水准仪，在照准水准尺并调焦清楚后，根据水准仪分划板上的中丝在水准尺上的位置，按数字标注读取高度的大的读数部分(米和分米)，再根据中丝与水准尺刻划的距离读取小的读数部分(厘米和毫米，以及小于毫米的部分).根据水准仪分划板上的上丝和下丝读取的读数，按相似三角形的原理即可计算水准仪与水准尺的距离。根据不同位置的水准尺的中丝的读数就可获得不同位置高度的差值.光学水准测量主要由人工完成读数，因此测量的结果会带有观测者造成的误差，而且速度较慢。由于测量结果记录在纸介质上，这样一方面需要由人工将数据录入计算机进行计算，这样费时又费力，而且容易出现记录差错。

数字水准测量可满足各种等级的水准测量，测量时使用数字水准仪和条码水准尺。数字水准仪主要由望远镜、分划板、气泡式水准器、自动安平装置、图像采集装置、计算机、电源、外壳和基座组成。条码水准尺在尺身上制有按某种方案编码的非等间隔的条码刻划，而且没有数字标注。用数字水准仪进行测量时，首先将水准仪安装在三脚架上，并根据气泡式水准器调平水准仪，在照准水准尺并调焦清楚后，用计算机控制图像采集装置获得视场中的水准尺的图像，根据获得的图像、水准尺的编码方案以及相应的处理方法求得高度和距离。由于其测量是由机器自动完成的，因此结果稳定，速度较快。

上述现有技术的不足之处在于：现有的水准仪需要至少两个人才能完成测量，其中一个人负责水准仪的转向、瞄准和调焦等工作，另一人负责将水准尺从一点移动至另一点上。在人工成本日益高涨的今天，研究一种可以实现单人操作自动测量的数字水准仪有其重要的价值。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种水准仪，用于自动跟踪水准尺并自动完成测量的数字水准仪。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种自动测量的数字水准仪，包括：广角摄像处理系统，用于在水平旋转基座的驱动下四周寻找标尺，然后计算出标尺所在的方位和距离；望远镜调焦系统，用于根据所述标尺的方位和距离通过水平旋转基座调整朝向，对准标尺后自动调焦；CCD装置，用于在调焦后通过望远镜调焦系统获取标尺的精确图像；CPU单元，用于根据所述标尺所在的方位和距离控制水平旋转基座旋转相应的角度以使望远镜调焦系统对准标尺，然后驱动望远镜调焦系统到相应的焦距上，并获取在CCD装置中形成标尺的图像，最后计算出该标尺的高程及距离，并存储到存储器中。

进一步，所述广角摄像处理系统包括：广角透镜系统、通过广角透镜系统获取图像的图像传感器和与图像传感器相连的中央处理器；广角摄像处理系统寻找标尺并计算出标尺所在的方位和距离的方法如下：所述中央处理器通过图像传感器连续获取四周图像，直至所述中央处理器得到一张外界含有标尺的图像时止；所述中央处理器通过图像匹配算法找到标尺并得到其在照片中的位置坐标：

X1＝n1*P，

Y1＝n2*P，

其中，P为图像传感器的一个像素宽度，则可以计算出标尺在水平方向上的方位角即所述方位：β＝((X1-0.5*N*P)/0.5*N*P)*α，其中，N是图像传感器的水平像素数，α为广角透镜系统中镜头的广角角度；根据标尺的图像在照片中的长宽所占的像素n3，n4可以计算出标尺所在的距离：L＝(H/n3*P)*L’，其中：H为标尺实际高度，L’为摄像机光学系统的放大系数。

进一步，使用的标尺上的图案是黑白相间的条码；为确保自动测量的进度，CPU单元控制准标尺调焦时，CPU单元多次驱动水平旋转基座及望远镜调焦系统，并在CCD装置中得到相对应的图像，CPU单元通过比较不同调焦位置上的图像中的所述黑白相间的条码的对比度，以判断出最佳的调焦位置，从而将望远镜调焦系统调焦到最佳位置。