专利名称：电子水平仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子水平仪(电子式水准仪)，更详细地讲，涉及能够通过波动 (waving)法测量两地点的高低差的电子水平仪。
背景技术：
为了高精度地测量两地点的高低差，通过将圆形气泡管安装到标尺上、作业员一 边观察圆形气泡管一边将标尺保持为铅直，别的作业员用水平仪读取标尺的刻度来进行。 另一方面，在测量作业时，需要将圆形气泡管一个一个安装到标尺上，而且还需要使用测锤 (plumb bob)等进行圆形气泡管的精度确认等，有麻烦的作业。因此，如图1所示，还普遍地 进行不在标尺2上安装圆形气泡管、一边使标尺2朝向水平仪1前后摆动、作业员一边寻找 标尺2的刻度的读数值为最小的地方作为测量值的称作波动法的测量方法。近年来，还出现了自动地读取标尺的刻度的电子水平仪。所谓电子水平仪，是通过 使用作为刻度而带有条码的标尺而能自动地读取刻度的水平仪。但是，目前没有能够对应 于波动法的电子水平仪，这成为对于电子水平仪的普及的障碍之一。对于这样的状况，在下述专利文献1中公开了能够对应于波动法的电子水平仪。基于图5对在下述专利文献1中公开的光电子水平仪进行说明。该电子水平仪将 标尺2的金属箍(shoe,日本語石突务)固定在测量点上，一边使标尺2朝向电子水平仪 前后摆动，一边将标尺2的像S投影到二维传感器17上。并且，如果将该像S沿着与Y轴 平行的扫描线CT扫描，则能够得到对应于描绘在标尺2上的刻度图案的信号波形Z。如果 以规定的采样周期得到信号波形Z，则如图3 (a)、图3 (b)、图3 (c)所示那样，信号波形Z 变化。根据这些信号波形Z求出标尺2上的识别点P在扫描线CT上的位置，当该识别点P 在扫描线CT上向最靠一侧(对应于标尺2的较高位置的一侧)移动时，将由二维传感器17 捕捉到的标尺2的刻度图案存储到未图示的图像存储器中。这里，如果读取存储在图像存 储器中的刻度图案的图像，则能够测量两地点的高低差。现有技术文献专利文献专利文献1 :日本特开平11 - 30517号公报发明概要发明要解决的技术问题但是，对上述专利文献1中公开的电子水平仪而言，在进行波动法中，若不使得到 信号波形Z的采样周期足够短，则由于不能得到标尺完全成为铅直的瞬间的标尺2的图像， 所以有出现误差的问题。但是，由于为了处理投影在二维传感器17上的图像而花费某种程 度的时间，所以在缩短采样周期的方面存在极限。此外，由于描绘在标尺2上的刻度图案呈 相似的形状，所以还有有时会漏看标尺2上的识别点P而测量失败的问题
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，目的是提供一种即使使用波动法也能够正确地 测量两地点的高低差的电子水平仪。用于解决技术问题的手段为了解决上述问题，有关技术方案1的发明的电子水平仪，具备标尺读入机构， 以规定周期读取前后摆动的标尺的刻度而存储高度读取值；近似函数决定机构，将由该标 尺读入机构读入的高度读取值用关于时间的多项式近似；测量值计算机构，将由该近似函 数决定机构近似的多项式的最小值作为高度测量值。有关技术方案2的发明的电子水平仪，具备标尺读入机构，读取前后摆动的标尺 的刻度而存储高度读取值，并且存储此时的时刻；近似函数决定机构，将由该标尺读入机构 读入的高度读取值用关于时间的多项式近似；测量值计算机构，将由该近似函数决定机构 近似的多项式的最小值作为高度测量值。有关技术方案3的发明的电子水平仪，在有关技术方案1或2的发明中，使上述多 项式为二次函数。有关技术方案4的发明的电子水平仪，在有关技术方案1、2或3的发明中，具备得 到多个上述高度测量值并计算平均值的平均值计算机构。有关技术方案5的发明的电子水平仪，具备还计算上述高度测量值的方差(日本 語分散)、在上述方差为规定值以上的情况下认为上述平均值错误的平均值判断机构。发明效果根据有关技术方案1的发明，由于具备标尺读入机构，以规定周期读取前后摆动 的标尺的刻度而存储高度读取值；近似函数决定机构，将由该标尺读入机构读入的高度读 取值用关于时间的多项式近似；测量值计算机构，将由该近似函数决定机构近似的多项式 的最小值作为高度测量值，所以即使不能得到标尺完全成为铅直的瞬间的高度测量值，也 能够得到正确的高度测量值。并且，通过仅将以往的电子水平仪的内置CPU的程序些许修 正的简单的改造就足够，所以较经济。根据有关技术方案2的发明，由于具备标尺读入机构，读取前后摆动的标尺的刻 度而存储高度读取值，并且存储此时的时刻；近似函数决定机构，将由该标尺读入机构读入 的高度读取值用关于时间的多项式近似；测量值计算机构，将由该近似函数决定机构近似 的多项式的最小值作为高度测量值，所以能够得到与有关技术方案1的发明同样的效果。根据有关技术方案3的发明，还由于使上述多项式为二次函数，所以能够迅速地 得到正确的高度测量值。根据有关技术方案4的发明，还由于具备得到多个高度测量值并计算平均值的平 均值计算机构，所以能够得到更高精度的高度测量值。根据有关技术方案5的发明，还由于具备还计算上述高度测量值的方差、在上述 方差为规定值以上的情况下认为上述平均值错误的平均值判断机构，所以能够将方差较 大、不能信赖的测量值去除。
图1是说明称作波动法的测量方法的图。图2是表示标尺的倾斜角与高度读取值的关系的曲线图。
图3是表示使用波动法时的时间与高度读取值的关系的曲线图。图4是说明用本发明的电子水平仪、通过波动法进行高度测量的次序的一例的流 程图。图5是说明能够通过波动法进行高度测量的以往的电子水平仪的图。
具体实施例方式以下，基于图1 图4说明本发明的电子水平仪的一实施例。在电子水平仪中，有 能够连续且高速地进行高度测量和基于视距测量的距离测量的装置。在这样的电子水平仪 中，如果将内置CPU的程序进行些许改良，则能够进行基于波动法的测量。由图1可知，对水平仪1而言，当标尺2是铅直时，得到正确的高度的读取值L0，但 当标尺2具有倾斜角0时，得到比正确的高度大的读取值L0。其中，在L0与L0间，下式 成立。L 0 =L0/sin 0 (1)如果根据(1)式将倾斜角9与高度读取值L0的关系做成曲线图，则可得到图2 所示那样的曲线3。这里，高度读取值L0的最小值4是最正确的高度测量值。该曲线3由 (1)式正确地表示，但如果限制在高度读取值L 0的最小值4附近，则能够用二次函数那样 的多项式(有理整函数)近似。如果能够使标尺2以一定的角速度摆动，则即使将倾斜角0 在时间上改变，也能够得到同样的曲线。所以，如果使标尺2多次摆动、将时间t与高度读取值L 0的关系做成曲线图，则 可得到图3所示那样的曲线5。这里，使用曲线5的谷的最小值附近7的3点P1、P2、P3的 高度读取值L 0，将曲线5的谷的最小值附近7用二次函数近似，若求取二次函数的最小值， 则可得到多个高度测量值。并且，如果取多个高度测量值的平均，则可得到最可能的高度测 量值。这里，也可以代替二次函数而使用偶数次多项式(4次函数等)或三角函数，但和计算 变得复杂、处理时间变长比起来，不能期待精度的提高，所以在本实施例中使用二次函数。基于图4所示的流程图，更详细地说明得到上述最可能的高度测量值的次序。如图1所示，设置电子水平仪1和标尺2，开始测量。如果开始测量，则前进到步骤 S1，标尺2侧的作业员开始标尺2的摆动。接着，前进到步骤S2，电子水平仪1进行多次标 尺2的条码的读取而存储高度读取值L 0，并且还存储读取的时刻t，求出图3所示那样的 关于时刻t和高度读取值L0的曲线5。接着，前进到步骤S3，关于曲线5的各谷的最小值附近7，为了在高度测量值计算 中使用，选择适当的连续的3点PI (tl，Ll)、P2 (t2，L2)、P3 (t3，L3)，用二次函数近似。 其中，时刻tl、t2、t3时的高度读取值L0分别是L1、L2、L3。为了选择适当的连续的3点P1、P2、P3，设为满足了以下的(2) (4)的3式的时刻。L1>L2 且 L2〈L3 (2)L〈L1 — L2〈H (3)L〈L3 — L2〈H (4)其中，L是高度读取值变化的最小限制值，H是高度读取值变化的最大限制值。设 置高度读取值变化的最小限制值L的理由是，为了区别由地面的振动及大气的摇晃带来的高度读取值L0的偏差和由波动带来的高度读取值L0的变化。由于距离越远则由地面的 振动及大气的摇晃带来的高度读取值L 0的偏差越大，所以使高度变化的最小限制值L对 应于距离而变化。此外，设置高度读取值变化的最大限制值H的理由是，因为在波动过快的情况下， 有在图像传感器的光蓄积时间的期间中、标尺的像在图像传感器上运动从而不能进行正确 的高度测量的情况。由于标尺2上的高度越高，则由波动带来的高度读取值L 0的变化越 大，所以高度读取值变化的最大限制值H对应于标尺2上的高度而变化。除此以外，如果在 内置CPU的运算速度中存在裕度，则也可以对上述(2) (4)式附加以下的(5)式及(6)式 的条件。t2 — tl〈AT 且 t3 — t2〈 A t(5)| (t2 — tl) — (t3 — t2) | < 6 t (6)其中，A t是数据取得的时间间隔的最大限制值，S t是数据取得的时间间隔变化 的最大限制值。这里，当即使经过规定时间也不能决定最小值附近7的3点P1、P2、P3时，发出警 报，使作业员注意波动不适当、或者存在其他不适当的测量环境。在步骤S3中，当为了在高度测量值计算中使用而决定了适当的连续的3点P1、P2、 P3时，前进到步骤S4，将通过3点P1、P2、P3的曲线用二次函数近似，计算该二次函数的最 小值，将该最小值作为高度测量值存储。接着，前进到步骤S5，调查是否能够得到规定数量 以上的高度测量值。在不能得到规定数量以上的高度测量值的情况下，回到步骤S2，重复步 骤S2 S5，直到能够得到规定数量以上的高度测量值。当得到了规定数量以上的高度测量值时，前进到步骤S6，去除因与其他高度测量 值较大地偏离而被判断为明显错误的高度测量值，求出高度测量值的平均值，将该高度平 均值作为最可能的高度测量值显示。此时，还计算高度测量值的方差，在方差为规定值以上 的情况下，认为测量值不可靠，发出警报并进行错误显示。接着，前进到步骤S7，用声音报告 测量结束。接着，前进到步骤S8，如果没有错误显示，则标尺2侧的作业员停止标尺2的摆 动，结束该测量，向下个测量点移动。当有错误显示时，对相同的标尺进行再测量。在该电子水平仪中，即使使用波动法也能够正确地测量两地点的高低差，并且通 过仅将以往的电子水平仪的内置CPU的程序进行些许修正的简单的改造就足够，较经济。本发明并不限定于上述实施例，能够进行各种变形。例如，在上述实施例中，在步 骤S2中与高度读取值L 0同时地也存储时刻t，但如果以规定周期取得高度读取值L 0，则 不需要将时刻t存储。标号说明1电子水平仪2 标尺L0标尺的倾斜角0时的高度读取值
权利要求
1.一种电子水平仪，其特征在于，具备标尺读入机构，以规定周期读取前后摆动的标尺的刻度而存储高度读取值；近似函数 决定机构，将由该标尺读入机构读入的高度读取值用关于时间的多项式近似；测量值计算 机构，将由该近似函数决定机构近似的多项式的最小值作为高度测量值。
2.一种电子水平仪，其特征在于，具备标尺读入机构，读取前后摆动的标尺的刻度而存储高度读取值，并且存储此时的时刻； 近似函数决定机构，将由该标尺读入机构读入的高度读取值用关于时间的多项式近似；测 量值计算机构，将由该近似函数决定机构近似的多项式的最小值作为高度测量值。
3.如权利要求1或2所述的电子水平仪，其特征在于，上述多项式是二次函数。
4.如权利要求1 3中任一项所述的电子水平仪，其特征在于，具备平均值计算机构，该平均值计算机构得到多个上述高度测量值而计算平均值。
5.如权利要求4所述的电子水平仪，其特征在于，具备平均值判断机构，该平均值判断机构计算上述高度测量值的方差、在上述方差为 规定值以上的情况下认为上述平均值错误。
全文摘要
提供一种电子水平仪，该电子水平仪即使使用一边使标尺前后摆动一边寻找高度读取值的最小值来作为高度测量值的波动法，也能够正确地测量两地点的高低差。该电子水平仪具备标尺读入机构(S2)，以规定周期读取前后摆动的标尺的刻度而存储高度读取值；近似函数决定机构(S3)，将由该标尺读入机构读入的高度读取值用关于时间的二次函数近似；测量值计算机构(S4)，将由近似函数决定机构近似的二次函数的最小值作为高度测量值。
文档编号G01C15/06GK102667401SQ20108005761
公开日2012年9月12日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年2月10日
发明者长尾崇司 申请人:株式会社索佳拓普康