“三會一克”智能水準尺研發與應用

何麗 金成宏 毛慧美 王詩茗

摘 要：為解決傳統水準尺使用不便的問題，文中設計了一款“三會一克”智能水準尺，該產品能夠自動架尺、調平、讀數，并可在使用過程中自動完成水準測量的儀器架設、讀數、記算等工作，具有較廣闊的市場前景。

關鍵詞：智能水準尺

1 作品簡介

“三會一克”智能水準尺是一種能夠自動架尺、調平、讀數的水準尺，在使用過程中可以自動完成水準測量的儀器架設、讀數、記算等工作，大大節省人力、設備成本，不僅能夠顯著提高工作效率，更能夠保證測量結果的精度。

“三會”的內容如下：

（1）會調平;

（2）會轉向;

（3）會讀數。

“一克”：克服測量高成本、高強度的缺點。

本產品是自動化測量儀器，通過大數據和人工智能實現了自動調平、自動轉向，結合云計算、互聯網和物聯網，實現自動讀數與計算。“三會一克”智能水準尺可用于普通水準測量工作，在使用時只需將兩側支撐腳打開并架穩即可，智能水準尺可自動完成后續測量工作，無需使用水準儀。測量數據將實時傳送至手機客戶端，由客戶端完成內業處理工作，實現智慧測量。

本產品可以實現免除水準儀全自動測量，因此在成本、效率、測量精度等方面具有較強的市場競爭力，主要面向工程測量相關行業、企業工作人員，以及高校測量相關專業的教學人員，同時還可以提供給科研機構進行性能測試及產品升級。“三會一克”智能水準尺全面推廣使用后，必然對工程測量行業產生巨大影響，水準測量工作將不再有專業技術門檻，工作強度、人員和設備成本大大降低，測量效率、結果精度顯著提高。

2 工作原理

現有技術的工作原理：準測量又名"幾何水準測量"，是用水準儀和水準尺測定地面上兩點間高差的方法。在地面兩點間安置水準儀，觀測豎立在兩點上的水準標尺，按尺上讀數推算兩點間的高差。通常由水準原點或任一已知高程點出發，沿選定的水準路線逐站測定各點的高程。由于不同高程的水準面不平行，沿不同路線測得的兩點間高差將存在差異，所以在整理國家水準測量成果時，須按所采用的系統加以必要改正，以求得正確的高程。原理示意如圖1所示。

“三會一克”智能水準尺的工作原理和現有技術的工作原理相同，但“三會一克”智能水準尺只需兩支尺子就可以完成測量，使用方便。

3 創新點

（1）自動調平，無需人工操作;

（2）陀螺儀代替水準泡，測量精度提高：

（3）測量時無需翻轉尺面，尺面可自動轉向，提高工作效率和數據準確性;

（4）自動讀數并記錄，無需使用水準儀，節省成本;

（5）測量數據傳送至手機客戶端，自動進行內業處理，減少工作量。

在尺身上安裝有數字陀螺儀，兩側安裝伸縮支架，傳感器獲取尺身傾斜數據，傳送至嵌入式系統;系統計算出支撐桿伸縮長度，并指揮電機工作，控制伸縮桿的伸長和縮短，實現自動調整。支撐桿底部安裝萬向輪和制動開關，通過手機客戶端控制旋轉方向，由嵌入式系統指揮底部電機帶動萬向輪滾動和停止。尺身安裝攝像頭，拍攝另一根智能水準尺的刻度線圖案，通過圖像處理技術獲得測量數據，再經過系統計算測量結果。本產品投入使用后，可節省人力成本，價格優勢明顯;同時本產品還可以顯著降低勞動強度，實現人性化、智能化測量。