淺談無棱鏡全站儀在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

韓莫非

摘 要：應(yīng)用全站儀無棱鏡測(cè)量新技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)繪，可以解決建筑物復(fù)雜、無法運(yùn)用GPS測(cè)量及施測(cè)人員難以到達(dá)地物特征點(diǎn)上測(cè)量的難題。無需立棱鏡，大大節(jié)省了人力、物力、時(shí)間，加快了外業(yè)進(jìn)程，提高了工作效率。文章簡(jiǎn)述了無棱鏡測(cè)量新技術(shù)的原理、適用條件以及精度情況。

關(guān)鍵詞：全站儀；無棱鏡測(cè)量；地形圖測(cè)繪

引言

無棱鏡測(cè)量不需要在被測(cè)點(diǎn)上放置棱鏡和反射片，這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使得不易架設(shè)棱鏡的地方，進(jìn)行測(cè)繪成為可能。采用無棱鏡測(cè)量，既快速、準(zhǔn)確，又可以節(jié)省人力和物力，甚至可實(shí)現(xiàn)單人單機(jī)測(cè)量作業(yè)。在進(jìn)行地形圖工作中，無棱鏡測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用前景更為可觀。

1 無棱鏡全站儀測(cè)量技術(shù)的基本原理

無棱鏡測(cè)量技術(shù)基于相位原理，發(fā)出的激光束極為狹小，可以非常精確地打在目標(biāo)上，只要測(cè)點(diǎn)的反射符合介質(zhì)、符合無棱鏡測(cè)量的條件，就不需要在點(diǎn)上放置棱鏡，既可測(cè)量出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

2 無棱鏡全站儀測(cè)量的使用條件

無棱鏡測(cè)量適用于反射介質(zhì)反射能力強(qiáng)的地方，在反射介質(zhì)較暗，吸光性太強(qiáng)，反射條件不好的地方不宜使用無棱鏡測(cè)量。無棱鏡測(cè)量技術(shù)適宜測(cè)量反射面裸露的地物。無棱鏡測(cè)量技術(shù)適用于視線沒有任何障礙的地形地物測(cè)量，若中間有障礙物則測(cè)量到是障礙物的坐標(biāo)、高程。無棱鏡測(cè)量耗電量大，外業(yè)時(shí)要準(zhǔn)備充足的電源，必要時(shí)配置外掛電源。施測(cè)過程中不要長(zhǎng)時(shí)間通過目鏡目的物，以免將眼睛長(zhǎng)時(shí)間置于激光束中導(dǎo)致傷害。

3 無棱鏡測(cè)量與棱鏡測(cè)量的對(duì)比

在控制測(cè)量的基礎(chǔ)上，通過無棱鏡和有棱鏡兩種形式進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。

3.1 人員分配

有棱鏡測(cè)量運(yùn)用的是“一機(jī)一鏡，一機(jī)多鏡”的方法，首先要消耗時(shí)間用在“跑棱鏡”工作上，其次如果團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力不強(qiáng)，又要浪費(fèi)人力及物力資源。無棱鏡測(cè)量在允許測(cè)程范圍之內(nèi)，再被測(cè)地形地物點(diǎn)介質(zhì)情況良好下，周圍無干擾儀器信號(hào)等優(yōu)良條件下，可以實(shí)施單人單機(jī)測(cè)量模式?？杀苊夤ぷ魅藛T進(jìn)入懸崖、溪谷、客流量大的公路、有劇毒或危險(xiǎn)等不易架設(shè)棱鏡的地方，無棱鏡測(cè)量可以有效地節(jié)省時(shí)間、人力及物力，能夠使外業(yè)測(cè)量加快工作進(jìn)度，成為按時(shí)完成測(cè)繪任務(wù)的有力保障。

3.2 儀器性能

有棱鏡測(cè)量在測(cè)量速度方面比較緩慢，在棱鏡周圍存在特殊介質(zhì)（高速公路上的明示牌）情況下，很容易在測(cè)量時(shí)造成“出假數(shù)”現(xiàn)象。無棱鏡測(cè)量全站儀中的測(cè)量、存儲(chǔ)功能操作簡(jiǎn)單，無需轉(zhuǎn)換棱鏡常數(shù)（有棱鏡測(cè)量在使用多鏡方法時(shí)，不配套棱鏡的棱鏡常數(shù)是不一樣的），并且測(cè)量速度快于有棱鏡測(cè)量，同時(shí)照準(zhǔn)目標(biāo)地物實(shí)施測(cè)量時(shí)不會(huì)造成（出假數(shù)）現(xiàn)象，得到的數(shù)據(jù)成果真實(shí)、可靠。無棱鏡測(cè)量可以提高工作效率，保證工程質(zhì)量。

3.3 數(shù)據(jù)分析

在不同的時(shí)間段、不同作業(yè)環(huán)境中對(duì)不同的材質(zhì)、顏色的目標(biāo)進(jìn)行無棱鏡測(cè)量，然后把采集的數(shù)據(jù)在南方CASS6.1中進(jìn)行數(shù)據(jù)圖的繪制，以有棱鏡測(cè)繪的數(shù)字圖為基礎(chǔ)，把無棱鏡測(cè)繪的數(shù)字圖做成圖塊，以圖廊點(diǎn)為基點(diǎn)進(jìn)行插入，對(duì)繪制的線或面狀地物進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在用無棱鏡測(cè)量時(shí)，現(xiàn)狀目標(biāo)位移中誤差小于比例尺地形圖測(cè)繪規(guī)定的限差，既在被測(cè)地物滿足測(cè)程的條件下，無棱鏡測(cè)量采集的數(shù)據(jù)可以代替有棱鏡測(cè)量數(shù)據(jù)。

采用無棱鏡測(cè)量技術(shù)大比例尺地形圖測(cè)繪是可行的。但是無棱鏡測(cè)量在處理視線穿過植被茂盛地區(qū)或透明體時(shí)，或被測(cè)地物的柯達(dá)灰度值較低時(shí)，測(cè)量精度較低、測(cè)程較短。在此條件下，對(duì)重點(diǎn)和精度要求較高的地物應(yīng)采用有棱鏡檢測(cè)或補(bǔ)測(cè)，要做到在不同時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境、介質(zhì)、測(cè)程精度要求較高的條件下，無棱鏡要與有棱鏡兩種測(cè)量方法相結(jié)合，將有利于完成測(cè)繪任務(wù)。

4 在地形圖測(cè)繪中應(yīng)用

無棱鏡全站儀最大的優(yōu)勢(shì)就在于不需要接觸被測(cè)點(diǎn)就可獲得被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)?？娠@著提高作業(yè)效率，保證測(cè)繪成果質(zhì)量，這在地形圖測(cè)繪方面得到了充分體現(xiàn)。

4.1 地貌測(cè)繪

以遼寧省高速公路帶狀地形圖-東梁西吐呼嚕山地形圖修補(bǔ)測(cè)量項(xiàng)目為例，西吐呼嚕山山高坡陡，發(fā)布數(shù)條不規(guī)則走向沖溝高壓桿下有高達(dá)樹林遮擋，山下農(nóng)作物以梯田方式種植，給作業(yè)人員操作造成很大的困難。在測(cè)繪過程中，無棱鏡全站儀可以直接測(cè)出地形處，沖溝邊緣及溝底，山上高程點(diǎn)均勻分布后，便可直接測(cè)出高壓桿頂部的平面坐標(biāo)，無需作業(yè)人員在坎上立棱鏡，就能測(cè)出田坎的坐標(biāo)和高程。保障作業(yè)人員安全。

4.2 地物測(cè)量

以巴新鐵路引線兩側(cè)地形圖修補(bǔ)測(cè)量項(xiàng)目為例。該項(xiàng)目鐵路兩側(cè)地物復(fù)雜，擁有縱橫交錯(cuò)的居民房屋和車流量很大的高速公路等，給測(cè)繪工作帶來很大的麻煩。運(yùn)用無棱鏡全站儀測(cè)量，無需作業(yè)人員進(jìn)入各家各戶，既可測(cè)出房屋、圍墻的真實(shí)位置，排除居民區(qū)內(nèi)家里無人、院內(nèi)有狗等不利因素。不必行走即可測(cè)出高速公路鐵絲網(wǎng)、排水溝、路邊坡等平面高程和坐標(biāo)。

上述事例，在特出環(huán)境下，無棱鏡全站儀測(cè)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越與有棱鏡全站儀測(cè)量以及GPSRTK測(cè)量技術(shù)，節(jié)省時(shí)間，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)危險(xiǎn)性，提高了測(cè)圖效率。

5 應(yīng)用中注意的問題

（1） 目標(biāo)與其背景之間的反差很小，反射信號(hào)很弱時(shí)，測(cè)量誤差會(huì)很大，（2）目標(biāo)附近的其他物體表面會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。（3）在視準(zhǔn)線附近不應(yīng)有其他帶色的光或反射物。（4）測(cè)量光亮或潮濕的表面要注意考慮到激光點(diǎn)的尺寸、瞄準(zhǔn)位置、瞄準(zhǔn)角度等因素。（5）在測(cè)量中轉(zhuǎn)換有棱鏡和無棱鏡操作時(shí)不要將望遠(yuǎn)鏡對(duì)著人的眼睛。（6）儀器和目標(biāo)點(diǎn)間有汽車或行人通過時(shí)，必須等物體通過后才能進(jìn)行測(cè)量。（7）在地形視野不開闊地段和植被茂密地區(qū)，全站儀無反射棱鏡測(cè)量功能將無法發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行數(shù)字地形圖測(cè)繪時(shí)，在滿足無棱鏡測(cè)量條件下，無棱鏡測(cè)量可以取代有棱鏡測(cè)量。無棱鏡測(cè)量可以節(jié)省大量的人力和物力，節(jié)省時(shí)間，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)危險(xiǎn)性，保障人身安全和工程質(zhì)量，提高了測(cè)圖效率，為無棱鏡測(cè)量模式的發(fā)展方向提供了廣闊的空間。