免棱鏡全站儀在工程測(cè)量中的應(yīng)用

宮傳蛟

（山東省地礦測(cè)繪院 山東濟(jì)南 250002）

免棱鏡全站儀在工程測(cè)量中的應(yīng)用

宮傳蛟

（山東省地礦測(cè)繪院 山東濟(jì)南 250002）

隨著科技的發(fā)展，免棱鏡全站儀越來(lái)越多的應(yīng)用到地形測(cè)量當(dāng)中去。相比有棱鏡全站儀、GPS－RIK聯(lián)合全站儀，免棱鏡全站儀在地形測(cè)量中測(cè)量精度要明顯比較高，特別是在大比例尺測(cè)圖中，免棱鏡全站儀有著明顯的優(yōu)勢(shì)。免棱鏡全站儀的使用，很大程度上節(jié)省了人力與時(shí)間，提高了工作效率。本文主要介紹了免棱鏡全站儀的測(cè)量原理及其特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際對(duì)免棱鏡測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。以期為相關(guān)人士提供幫助，提高工程測(cè)量的質(zhì)量和效率。

免棱鏡全站儀；工程測(cè)量；應(yīng)用

1 免棱鏡全站儀測(cè)量原理

免棱鏡全站儀即不需要棱鏡作為合作目標(biāo)就可以進(jìn)行測(cè)距的全站儀。免棱鏡測(cè)量又叫無(wú)合作目標(biāo)測(cè)量，是不需要反射棱鏡而依靠被測(cè)物的自然表面反射光線來(lái)進(jìn)行測(cè)距。免棱鏡測(cè)距的方法有兩種：①脈沖法；②相位法，脈沖法用測(cè)量時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)之間的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算距離，多次測(cè)量得出平均距離。相位法測(cè)量使用連續(xù)信號(hào)，以不同的頗率來(lái)調(diào)制載波信號(hào)，測(cè)出發(fā)射和接收信號(hào)之間的相位差，從而求出被測(cè)距離。由于無(wú)需反射棱鏡，因此它在人員不易達(dá)到地區(qū)，以及常規(guī)的地形測(cè)量、地籍測(cè)量、工程測(cè)量、房產(chǎn)測(cè)量、施工測(cè)量等領(lǐng)域所發(fā)揮的作用越來(lái)越大。

2 免棱鏡全站儀的特點(diǎn)

2.1 效率高，使用范圍廣

免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3維坐標(biāo)。這一來(lái)，一方面省去了作業(yè)員爬高上坡的奔波之苦，作業(yè)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性大大降低，另一方面也對(duì)一些重要的比如文物之類(lèi)的建筑起到了一定的保護(hù)作用。此外，有的儀器還提供了可見(jiàn)激光的無(wú)反射棱鏡方式，可見(jiàn)激光光束可以作為指向器使用，即可根據(jù)光斑的位置確定測(cè)量位置，因此沒(méi)有必要總是通過(guò)望遠(yuǎn)鏡尋找目標(biāo)，這也給全站儀在室內(nèi)測(cè)量的應(yīng)用擴(kuò)展了空間利用這一特性，可以輕易完成建筑物表面測(cè)量、房間空間測(cè)量、航空攝影測(cè)量中的圖根點(diǎn)測(cè)量。

2.2 測(cè)距速度快、精度高

免棱鏡全站儀的測(cè)距速度一般在1s左右，是無(wú)反射梭鏡測(cè)距儀或掌上型激光測(cè)距儀的好幾倍，測(cè)距精度為2mm+2ppm，這樣不僅減輕了作業(yè)人員的工作強(qiáng)度，也提高了工作質(zhì)量和效率。

2.3 測(cè)程遠(yuǎn)

一方面紅外二極管的發(fā)射功率提高了，另一方面是免棱鏡全站儀可以在RL狀態(tài)便用棱鏡，這樣就大大提高了它的測(cè)程，如有的儀器使在IR模式測(cè)量時(shí)單棱鏡測(cè)程3km，在RL模式下用單棱鏡測(cè)量測(cè)程5km，測(cè)程幾乎提高了一倍。

2.4 安全性好

激光對(duì)眼的安全性是一個(gè)很重要的問(wèn)題。根據(jù)IEC60825-1標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量員使用望遠(yuǎn)鏡直接觀察不符合等級(jí)的激光束，不管該激光束是可見(jiàn)光還是不可見(jiàn)光，都可能會(huì)受到傷害。一些全站儀的光路中包含了切換返回望遠(yuǎn)鏡可見(jiàn)紅色激光的減光板，因此通過(guò)望遠(yuǎn)鏡不會(huì)看到紅光，這樣不但使返回到接受光路的信號(hào)最大，也保證了眼睛的安全，但當(dāng)信號(hào)特別強(qiáng)烈或者使用反光鏡時(shí)，也會(huì)看到紅斑，不過(guò)也是安全的。

3 工程測(cè)量中應(yīng)用免棱鏡全站儀的方法與策略

3.1 地形測(cè)量

（1）免棱鏡全站儀應(yīng)用于建筑區(qū)，實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)即可測(cè)的目的，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省跑尺員跑點(diǎn)的時(shí)間，大大提高了作業(yè)效率。

（2）一個(gè)作業(yè)組兩個(gè)人就可進(jìn)行野外作業(yè)，一個(gè)操作，另一個(gè)跑桿進(jìn)行轉(zhuǎn)站點(diǎn)的測(cè)設(shè)。

（3）在溝壑、懸崖等人員無(wú)法到達(dá)和到達(dá)困難的地方，免棱鏡全站儀可輕松地獲取這些地物點(diǎn)的空間位置，從而避免人員的安全問(wèn)題、并節(jié)省時(shí)間，提高了工作效率和作業(yè)精度。

3.2 地籍測(cè)量

常規(guī)測(cè)距儀或全站儀測(cè)量界址點(diǎn)時(shí)往往存在棱鏡不能?chē)?yán)格放置在界址點(diǎn)點(diǎn)位上的問(wèn)題，常規(guī)圓棱鏡從棱鏡中心到棱鏡厚壁厚2.8cm，左右寬各4.5cm。使用常規(guī)測(cè)量方法進(jìn)行界址點(diǎn)測(cè)量時(shí)，很難消除棱鏡厚度或?qū)挾仍驇?lái)的棱鏡不能?chē)?yán)格放置在界址點(diǎn)點(diǎn)位上產(chǎn)生的方向及距離誤差。使用免棱鏡全站儀進(jìn)行城鎮(zhèn)地籍調(diào)查界址點(diǎn)測(cè)量時(shí)，完美解決了常規(guī)全站儀反射棱鏡不能?chē)?yán)格放置在界址點(diǎn)位置上的問(wèn)題，減小了儀器照準(zhǔn)誤差和距離誤差，對(duì)地籍要素，建筑物、構(gòu)筑物的測(cè)量大大提高了測(cè)量效率，減少了設(shè)站次數(shù)，既節(jié)省了人力和時(shí)間，又提高了界址點(diǎn)測(cè)量精度。

3.3 斷面測(cè)量

3.3.1 隧道斷面測(cè)量

隨著鐵路電氣化的普及，傳統(tǒng)隧道斷面測(cè)繪方法已經(jīng)不適應(yīng)鐵路的發(fā)展（要在接觸網(wǎng)停電時(shí)才能進(jìn)行隧道斷面測(cè)繪）。免棱鏡全站儀可以較好地解決這些問(wèn)題：將其直接架設(shè)在隧道內(nèi)任意一根鋼軌上，利用該儀器的激光對(duì)中和電子整平功能精確安置好儀器，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡直接用可見(jiàn)激光束照射所測(cè)點(diǎn)位，即可測(cè)出點(diǎn)的平距和高差望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)一周即可測(cè)出既有隧道斷面的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)筆記本電腦繪圖可以直接看出隧道變形情況。如廣州地鐵1號(hào)線隧道整治工程隧道斷面測(cè)量，在供電接觸網(wǎng)不停電、不影響正常行車(chē)的情況下實(shí)施了測(cè)量作業(yè)，全部隧道斷面測(cè)量作業(yè)過(guò)程共測(cè)斷面20個(gè)，累計(jì)用時(shí)1h，測(cè)量人員為3人所測(cè)隧道斷面數(shù)據(jù)真實(shí)、細(xì)膩和準(zhǔn)確，保障了設(shè)計(jì)工期。

3.3.2 工程斷面測(cè)量

在視野開(kāi)闊、山勢(shì)陡峭、無(wú)茂盛植被地區(qū)，尤其是地形陡峭險(xiǎn)峻地段，作業(yè)人員攀爬會(huì)造成極大的安全隱患，這種情況下免棱鏡全站儀的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)的更為明顯。在某道路工程線路橫斷面測(cè)繪過(guò)程中，經(jīng)常將免棱鏡全站儀架設(shè)在溝谷的對(duì)岸來(lái)對(duì)陡峭的地貌進(jìn)行斷面測(cè)量。測(cè)量方法是將儀器架設(shè)在視線開(kāi)闊處，將棱鏡對(duì)中桿安置于線路中心對(duì)應(yīng)斷面里程處，設(shè)置好儀器，利用全站儀免棱鏡測(cè)距功能結(jié)合全站儀內(nèi)置對(duì)邊測(cè)量應(yīng)用程序，直接瞄準(zhǔn)所測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的位置，測(cè)出目標(biāo)點(diǎn)離線路中心的距離和高程，在現(xiàn)場(chǎng)用筆記本電腦進(jìn)行斷面圖繪制。斷面測(cè)量過(guò)程中充分發(fā)揮了全站儀免棱鏡測(cè)距功能，減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)危險(xiǎn)性，提高了測(cè)繪速度，縮短了外業(yè)作業(yè)時(shí)間，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，使用免棱鏡全站儀在工程中測(cè)量，不但能夠有效保障監(jiān)測(cè)人員的安全，而且還能保障作業(yè)的精度和工作效率。文章首先闡述了免棱鏡全站儀的測(cè)量原理及其特點(diǎn)，然后從實(shí)際出發(fā)，探討了對(duì)免棱鏡測(cè)量技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，旨在提高工程測(cè)量技術(shù)水平。

[1]羅宏強(qiáng).水利水電工程測(cè)量中免棱鏡全站儀的有效運(yùn)用研究[J].江西建材，2016，16：149～153.

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TU198+.2

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2016-10-24