2.8 自动安平水准仪和电子水准仪简介
2.8.1 自动安平水准仪简介
自动安平水准仪是一种新型测量仪器。用DS3微倾式水准仪进行水准测量时，圆气泡居中后，还要转动微倾螺旋使水准管气泡居中，视线水平才能读数。而自动安平水准仪在仪器内装置了自动安平补偿器代替了水准管，在使用时只要圆气泡居中后就能自动提供一条水平视线。即圆气泡居中，就可以读数。这种仪器具有操作简便、测量速度快、精度高等特点，深受广大的测量人员欢迎，广泛应用于各种工程建设。自动安平水准仪种类较多，图2.8.1（a）和图2.8.1（c）所示分别为北京光学仪器厂早期生产的ZDS3-1自动安平水准仪和广东科力达有限公司生的A型自动安平水准仪。
图2.8.1 自动安平水准仪
1.自动安平水准仪的基本原理
自动安平水准仪的基本原理是在水准仪的光学系统中，设置一个自动安平补偿器，用以改变光路，使视准轴略有倾斜时，视线仍然保持水平，达到水准测量的要求。
如图2.8.2所示，当视准轴水平时，在水准尺读数为a，即A点的水平视线通过物镜光路到达十字丝的中心。当视准轴倾斜了一个小角度α时，如图2.8.2所示，视准轴读数为a0，为了使十字丝横丝读数仍为视准轴水平时的读数a，在望远镜的光路中加入一个补偿器，使通过物镜光心的水平视线经过补偿器的光学元件后偏转了一个β角，水平光线将落在十字丝交点处，从而得到正确读数。补偿器要达到补偿的目的应满足式（2.8.1）：
图2.8.2 自动安平原理
2.自动安平水准仪使用
自动安平水准仪的使用和微倾式水准仪使用方法基本相同，但自动安平水准仪不需要手动精平，其基本使用方法是：粗平—照准—读数。即首先用脚螺旋使圆水准气泡居中（粗平），然后用望远镜照准水准尺，十字丝中丝在水准尺上读得的数，就是视线水平时的读数。操作步骤比普通微倾式水准仪简化，从而大大地提高工作效率。
2.8.2 电子水准仪简介
1.电子水准仪基本结构
1987年瑞士徕卡（Leica）公司推出了世界上第一台电子水准仪NA2000。在NA2000上首次采用数字图像技术处理标尺影像，并以CCD阵列传感器取代测量员的肉眼对标尺读数获得成功。这种传感器可以识别水准标尺上的条码分划，并用相关技术处理信号模型，自动显示与记录标尺读数和视距，从而实现水准观测自动化。
蔡司、拓普康、索佳等测量公司也先后推出了各自的电子水准仪。到目前为止，电子水准仪已经发展到了第二代、第三代产品，仪器测量精度已经达到了一、二等水准测量的要求。图2.8.3为蔡司DINI10/20电子水准仪的外观图。
图2.8.3 蔡司DINI10/20电子水准仪
电子水准仪是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。各厂家的电子水准仪采用了大体一致的结构，其基本构造由光学机械部分、自动安平补偿装置和电子设备组成。电子设备主要包括：调焦编码器、光电传感器 （即线阵CCD器件）、读数电子元件、单片微处理机、接口 （外部电源和外部存储记录）、显示器件、键盘以及影像数据处理软件等，标尺采用条形码标尺供电子测量使用。
各厂家标尺的编码方式和电子读数求值过程由于专利权的原因而完全不同，因此不能互换使用。目前采用电子水准仪测量，照准标尺和调焦仍需人工目视进行。人工完成照准和调焦之后，标尺条码一方面被成像在望远镜的分划板上，供目视观测。另一方面通过望远镜的分光镜，标尺条码又被成像在光电传感器即线阵CCD器件上，供电子读数。因此，如果使用传统水准标尺，通过目视观测，电子水准仪又可以像普通自动安平水准仪一样使用，但是由于电子水准仪没有光学测微装置，当成普通自动安平水准仪使用时，测量精度低于电子测量时的精度。
2.电子水准仪的特点
电子水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器（CCD），并采用条码标尺和图像处理电子系统而构成的光电测量一体化的高科技产品。
采用普通标尺时，又可像一般自动安平水准仪一样使用。它与传统仪器相比有以下特点：
（1）读数客观。不存在误读、误记问题，避免了人为读数误差。
（2）精度高。视线高和视距读数都是采用大量条码分划图像经处理后取平均得出来的，因此削弱了标尺分划误差的影响。多数仪器都有进行多次读数取平均的功能，可以削弱外界条件影响。不熟练的作业人员也能进行高精度测量。
（3）速度快。由于省去了报数、听记、现场计算以及人为出错的重复观测，测量时间与传统仪器相比可以节省1／3左右。
（4）效率高。只需调焦和按键就可以自动读数，减轻了劳动强度。视距还能自动记录、检核、处理并能输入电子计算机进行后处理，可实现内外业一体化。
（5）操作简单。由于仪器实现了读数和记录的自动化，并且预存了大量测量和检核程序，在操作时还有实时提示，测量人员在学习中很快就能掌握使用方法，减少了培训时间，即使是非专业人员也能很快熟练掌握使用仪器。