免棱鏡全站儀在特殊工程中的應(yīng)用

姚德龍

（山西國辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司 山西陽泉 045000）

1 概述

隨著科技的不斷進(jìn)步，免棱鏡全站儀也得到迅速發(fā)展，免棱鏡的視距也由初期的幾十米發(fā)展到當(dāng)前的1000m以上，給測(cè)繪工作帶來了極大的方便，大大減輕了測(cè)繪工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，目前市面上流行的長距離免棱鏡全站儀主要有徠卡1200系列、拓普康GPT-3000LN系列和天寶5600系列，本文實(shí)際案例中所使用的全站儀為拓普康GPT-3002LN。GPT-3002LN有雙光學(xué)系統(tǒng)在無棱鏡模式下是窄光束測(cè)量，能確保瞄準(zhǔn)點(diǎn)正好是被測(cè)點(diǎn)。

2 免棱鏡全站儀測(cè)距原理及特點(diǎn)

2.1 免棱鏡全站儀測(cè)距原理

免棱鏡全站儀測(cè)距方法有兩種，即脈沖法和相位法。通常在相同條件下，脈沖法的測(cè)程遠(yuǎn)，相位法的精度高。脈沖法用測(cè)量時(shí)發(fā)射和接受信號(hào)之間的時(shí)間間隔來計(jì)算距離，多次測(cè)量得出平均距離。相位法使用連續(xù)信號(hào)，以不同的頻率來調(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。傳統(tǒng)的測(cè)距儀，大都用發(fā)光管（LED）作為信號(hào)源，新型測(cè)距儀的信號(hào)源為激光管，這樣可以提高發(fā)射功率，保證免棱鏡測(cè)距時(shí)的測(cè)程和測(cè)距精度。相位法測(cè)距用的測(cè)量光束很細(xì)，因此能準(zhǔn)確地分辨出非常近的相鄰點(diǎn)。脈沖式免棱鏡測(cè)距不需要很強(qiáng)的激光功率，但其精度相對(duì)較低。

2.2 免棱鏡測(cè)量的特點(diǎn)

（1）在一些通視條件良好，反射介質(zhì)好的情況下，只需選好測(cè)站位置，就可以對(duì)所要測(cè)量的對(duì)象快速測(cè)量，而不需要等跑尺員去豎立棱鏡才可以測(cè)量，大大提高了工作效率，也減輕了跑尺員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）免棱鏡測(cè)量適用于測(cè)量人員難以到達(dá)且反射介質(zhì)好的地形地物測(cè)量，如懸崖，陡坎，房角以及對(duì)人體有危害的地方。

（3）免棱鏡測(cè)量應(yīng)避免反射介質(zhì)過亮或者過暗，這兩種情況都會(huì)影響測(cè)量速度，甚至?xí)y(cè)不出數(shù)據(jù)。

（4）免棱鏡測(cè)量邊緣點(diǎn)時(shí)要使光斑全部落在反射目標(biāo)所在的平面內(nèi)，從而避免因其他物體反射而降低測(cè)量精度。

3 特殊工程中免棱鏡全站儀的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 免棱鏡全站儀在地形測(cè)繪中的應(yīng)用

我們?cè)谶M(jìn)行地形測(cè)量工作的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)碰到有些跑尺員難以接近的部分點(diǎn)位，比如要測(cè)量一塊魚塘的面積，或者位于魚塘中間的通訊線桿，或者對(duì)長年流水河道進(jìn)行測(cè)量，亦或是一些懸崖峭壁，依靠跑尺測(cè)量基本上就是不可能完成的任務(wù)，而且對(duì)測(cè)量人員的人身安全也有很大隱患，利用免棱鏡全站儀只需要把儀器架設(shè)在合適的位置，就可以對(duì)所需的地形地物進(jìn)行測(cè)量。

在一些大型露天礦的地形測(cè)量中，其測(cè)區(qū)面積都比較大，而且開挖比較復(fù)雜，出現(xiàn)許多懸崖峭壁，邊坡也可能不穩(wěn)定，用傳統(tǒng)的跑尺測(cè)量，不但工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且對(duì)測(cè)量人員的人身安全也沒有保障。這時(shí)候利用免棱鏡全站儀進(jìn)行測(cè)量，就會(huì)有事半功倍的優(yōu)勢(shì)，拿拓普康GPT-3002LN 全站儀來說，其測(cè)角精度：±2″，測(cè)距精度：±（3mm+2ppm），測(cè)程：3km（單棱鏡）、250m（NP）和1200m（LNP）。只需要選擇合適的測(cè)站點(diǎn)，幾乎就可以覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，工作效率大大提高，而且不需要跑尺員，消除了人員安全隱患，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 免棱鏡全站儀在線高測(cè)量中的應(yīng)用

2017年12月受某設(shè)計(jì)單位委托，需對(duì)一排矸場(chǎng)進(jìn)行地形測(cè)量，因場(chǎng)地中間有一趟高壓線橫跨整個(gè)排矸場(chǎng)，考慮到高壓線的對(duì)地高度，設(shè)計(jì)人員要求測(cè)量出其絕對(duì)標(biāo)高。實(shí)際工作中利用免棱鏡全站儀很容易就可以測(cè)出高壓線的絕對(duì)標(biāo)高，也檢查確認(rèn)無誤后提交給設(shè)計(jì)人員。但是2018年7月施工單位進(jìn)場(chǎng)后測(cè)量發(fā)現(xiàn)線高不符，我們對(duì)其進(jìn)行了復(fù)測(cè)，兩次測(cè)量高程數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1

把兩次測(cè)量數(shù)據(jù)繪制成縱斷面如圖1所示，在確認(rèn)兩次測(cè)量均沒有差錯(cuò)的情況下，通過對(duì)電力部門人員的咨詢，查閱資料，才找出造成這樣結(jié)果的原因主要是由于電力線的熱脹冷縮，2017.12測(cè)量時(shí)的溫度大概在-8℃，2018.7的溫度已經(jīng)達(dá)到30℃，而且1#、2#線塔的檔距達(dá)到300m，熱脹冷縮對(duì)導(dǎo)線的影響就非常大了。通過這個(gè)案例，我們也總結(jié)出了免棱鏡在線高測(cè)量需要注意的事項(xiàng)：①線高測(cè)量成果里一定要備注熱脹冷縮可能對(duì)結(jié)果造成影響。②用免棱鏡測(cè)量線高設(shè)站時(shí)最好選在導(dǎo)線背景透天的地方，以防導(dǎo)線擺動(dòng)而測(cè)到其他地方。③測(cè)量時(shí)不要距離導(dǎo)線太遠(yuǎn)，由于導(dǎo)線比較多，一定要仔細(xì)辨認(rèn)需要測(cè)量的線，以防測(cè)錯(cuò)。

圖1

3.3 免棱鏡全站儀在變形測(cè)量中的應(yīng)用

在一些變形測(cè)量中，大多數(shù)情況都是測(cè)區(qū)地質(zhì)條件不好，或者發(fā)生泥石流、塌方等情況，這時(shí)候利用免棱鏡全站儀測(cè)量就有很大的優(yōu)勢(shì)。如圖2所示，由于雨季暴雨原因，鐵塔附近的邊坡發(fā)生滑坡，鐵塔發(fā)生傾斜、形變，需要對(duì)其進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，滑坡比較嚴(yán)重，觀測(cè)人員無法靠近鐵塔測(cè)量，通過實(shí)地勘察，我們?cè)阼F塔對(duì)面選取了地質(zhì)條件非常好的A、B兩點(diǎn)作為觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，每次只需在B點(diǎn)架設(shè)儀器，采用極坐標(biāo)法測(cè)出鐵塔的三維坐標(biāo)即可。我們選取了上中下三層進(jìn)行測(cè)量，分別測(cè)出圖中1～9號(hào)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過每次對(duì)比對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)變量，可以很直觀的反應(yīng)出鐵塔的上中下各個(gè)部分的形變情況。此案例中充分發(fā)揮了免棱鏡全站儀測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，不但保證了測(cè)量人員的人身安全，而且高效、準(zhǔn)確無誤的完成了測(cè)量任務(wù)。

圖2

4 結(jié)束語

免棱鏡全站儀在一些特殊環(huán)境、危險(xiǎn)環(huán)境下的測(cè)量有著非常大的優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)全站儀無法解決的問題，不但使測(cè)繪人員的作業(yè)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性大大降低，而且提高了工作效率，有的工程甚至單人就可完成，測(cè)量精度也大大提高。但是免棱鏡全站儀測(cè)量也有它的不足，比如房角這樣的邊緣點(diǎn)，如果不仔細(xì)瞄準(zhǔn)，很可能測(cè)到其他物體上，儀器與所測(cè)目標(biāo)之間必須通視，儀器耗電量比較大等問題，但這些都無法掩蓋免棱鏡全站儀測(cè)距速度快、測(cè)程遠(yuǎn)、效率高、使用范圍廣、安全性能高等優(yōu)勢(shì)。