“三会一克”智能水准尺研发与应用

何丽 金成宏 毛慧美 王诗茗

摘 要：為解决传统水准尺使用不便的问题，文中设计了一款“三会一克”智能水准尺，该产品能够自动架尺、调平、读数，并可在使用过程中自动完成水准测量的仪器架设、读数、记算等工作，具有较广阔的市场前景。

关键词：智能水准尺

1 作品简介

“三会一克”智能水准尺是一种能够自动架尺、调平、读数的水准尺，在使用过程中可以自动完成水准测量的仪器架设、读数、记算等工作，大大节省人力、设备成本，不仅能够显著提高工作效率，更能够保证测量结果的精度。

“三会”的内容如下：

（1）会调平;

（2）会转向;

（3）会读数。

“一克”：克服测量高成本、高强度的缺点。

本产品是自动化测量仪器，通过大数据和人工智能实现了自动调平、自动转向，结合云计算、互联网和物联网，实现自动读数与计算。“三会一克”智能水准尺可用于普通水准测量工作，在使用时只需将两侧支撑脚打开并架稳即可，智能水准尺可自动完成后续测量工作，无需使用水准仪。测量数据将实时传送至手机客户端，由客户端完成内业处理工作，实现智慧测量。

本产品可以实现免除水准仪全自动测量，因此在成本、效率、测量精度等方面具有较强的市场竞争力，主要面向工程测量相关行业、企业工作人员，以及高校测量相关专业的教学人员，同时还可以提供给科研机构进行性能测试及产品升级。“三会一克”智能水准尺全面推广使用后，必然对工程测量行业产生巨大影响，水准测量工作将不再有专业技术门槛，工作强度、人员和设备成本大大降低，测量效率、结果精度显著提高。

2 工作原理

现有技术的工作原理：准测量又名"几何水准测量"，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。由于不同高程的水准面不平行，沿不同路线测得的两点间高差将存在差异，所以在整理国家水准测量成果时，须按所采用的系统加以必要改正，以求得正确的高程。原理示意如图1所示。

“三会一克”智能水准尺的工作原理和现有技术的工作原理相同，但“三会一克”智能水准尺只需两支尺子就可以完成测量，使用方便。

3 创新点

（1）自动调平，无需人工操作;

（2）陀螺仪代替水准泡，测量精度提高：

（3）测量时无需翻转尺面，尺面可自动转向，提高工作效率和数据准确性;

（4）自动读数并记录，无需使用水准仪，节省成本;

（5）测量数据传送至手机客户端，自动进行内业处理，减少工作量。

在尺身上安装有数字陀螺仪，两侧安装伸缩支架，传感器获取尺身倾斜数据，传送至嵌入式系统;系统计算出支撑杆伸缩长度，并指挥电机工作，控制伸缩杆的伸长和缩短，实现自动调整。支撑杆底部安装万向轮和制动开关，通过手机客户端控制旋转方向，由嵌入式系统指挥底部电机带动万向轮滚动和停止。尺身安装摄像头，拍摄另一根智能水准尺的刻度线图案，通过图像处理技术获得测量数据，再经过系统计算测量结果。本产品投入使用后，可节省人力成本，价格优势明显;同时本产品还可以显著降低劳动强度，实现人性化、智能化测量。