測(cè)量工業(yè)煙囪高度的一種新方法

潘益民

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江紹興312000)

測(cè)量工業(yè)煙囪高度的一種新方法

潘益民

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江紹興312000)

結(jié)合工業(yè)煙囪的形狀特點(diǎn)，將煙囪虛擬為兩個(gè)不同半徑的同心圓柱，綜合運(yùn)用全站儀懸高測(cè)量功能和圓柱偏心測(cè)量功能，提出一種一次架設(shè)儀器解決工業(yè)煙囪高度測(cè)量的新方法，該方法不僅能減少外業(yè)工作量，減輕測(cè)量人員的外業(yè)工作強(qiáng)度，還能得到滿(mǎn)足測(cè)量精度要求的數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)際工程測(cè)量有一定的指導(dǎo)意義。

高度測(cè)量;懸高測(cè)量;圓柱偏心測(cè)量;新方法

一、引 言

全站型電子速測(cè)儀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)全站儀)，是由電子測(cè)角、電子測(cè)距、電子計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等組成的三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，測(cè)量結(jié)果能自動(dòng)顯示，并能與外圍設(shè)備交換信息。全站儀除了具備常用的基本測(cè)量模式(角度測(cè)量、距離測(cè)量、坐標(biāo)測(cè)量)，能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)角、測(cè)距、測(cè)坐標(biāo)外，還具備一些特殊的測(cè)量程序［1］，如可以進(jìn)行對(duì)邊測(cè)量(RDM)、懸高測(cè)量(REM)、偏心測(cè)量、放樣測(cè)量、面積計(jì)算等，同時(shí)具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能、參數(shù)設(shè)置功能。其精度高、速度快，給測(cè)量工作帶來(lái)了極大的方便，大大減輕了測(cè)繪工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了測(cè)繪工作的效率和質(zhì)量。

為了充分發(fā)揮全站儀的功能，廣大測(cè)繪人員除了要掌握上述測(cè)量功能的基本原理外，還應(yīng)在此基礎(chǔ)上結(jié)合工程實(shí)際加以靈活運(yùn)用。不少測(cè)量技術(shù)人員利用懸高測(cè)量功能探索了架空高壓輸電線(xiàn)的測(cè)量方法，提出了對(duì)向觀測(cè)法、兩次儀器高法、前方交會(huì)法等，解決了工程建設(shè)中的許多問(wèn)題。但對(duì)于工業(yè)煙囪等高聳建筑物的高度測(cè)量問(wèn)題，始終沒(méi)有找到很好的解決辦法，究其原因是煙囪等工業(yè)建筑物底部中心根本無(wú)法進(jìn)入安置反射棱鏡。本文結(jié)合工業(yè)煙囪的形狀特點(diǎn)，探索綜合運(yùn)用全站儀的懸高測(cè)量功能和圓柱偏心測(cè)量功能去解決工業(yè)煙囪的高度測(cè)量問(wèn)題，以期更好地發(fā)揮全站儀的功能。

二、懸高測(cè)量原理

所謂懸高測(cè)量，就是測(cè)定空中目標(biāo)點(diǎn)距地面的高度。利用全站儀進(jìn)行懸高測(cè)量的基本原理(如圖1所示)，首先將全站儀安置在地面上的A點(diǎn)，反射棱鏡安置在與被測(cè)目標(biāo)點(diǎn)B同一鉛垂線(xiàn)上的地面點(diǎn)B';然后照準(zhǔn)反射棱鏡進(jìn)行距離測(cè)量，再轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)B和地面點(diǎn)B'，全站儀便能實(shí)時(shí)顯示出目標(biāo)點(diǎn)B至地面點(diǎn)B'的高度H。

顯示的目標(biāo)高度H，由全站儀內(nèi)置的計(jì)算程序計(jì)算

式中，S為全站儀至反射棱鏡的斜距;D為全站儀至反射棱鏡的平距;α1為目標(biāo)點(diǎn)B的豎直角;α2為反射棱鏡的豎直角;α3為地面點(diǎn)B'的豎直角。

圖1 懸高測(cè)量基本原理

三、圓柱偏心測(cè)量原理

如圖2所示，P1為直線(xiàn)OPO與儲(chǔ)油罐表面的交點(diǎn)，P2、P3分別為直線(xiàn)OP2、OP3與儲(chǔ)油罐表面的切點(diǎn)。由圖2可知，D、β、D1之間有以下關(guān)系

式中，D為測(cè)站中心至反射棱鏡的平距;β為圓柱左右兩切點(diǎn)之間的水平角;D1為測(cè)站點(diǎn)到圓柱中心之間的平距。

在數(shù)據(jù)采集模式下的測(cè)量界面上，照準(zhǔn)儲(chǔ)油罐表面的P1處的反射棱鏡，測(cè)量得平距D;然后顯示屏提示進(jìn)行左邊點(diǎn)P2的角度觀測(cè);最后顯示屏提示進(jìn)行右邊點(diǎn)P3的角度觀測(cè)，則顯示測(cè)站點(diǎn)O到儲(chǔ)油罐圓心PO點(diǎn)的HR(方向角)、HD(水平距離D1)、VD(高差)、SD(斜距)。

圖2 圓柱偏心測(cè)量原理

四、煙囪高度測(cè)量

工業(yè)煙囪一般如圖3所示，類(lèi)似圓臺(tái)狀。由于無(wú)法在煙囪底部中心安置反射棱鏡，用全站儀懸高測(cè)量功能直接法［2］無(wú)法測(cè)得煙囪的高度，其他間接方法如前方交會(huì)法［3］、對(duì)向觀測(cè)法［4］、兩次儀器法［5］等均需要安置兩次儀器，增加了外業(yè)工作量。為此，將煙囪虛擬為兩個(gè)半徑分別為R和r的同心圓柱，綜合運(yùn)用全站儀懸高測(cè)量功能和圓柱偏心測(cè)量，架設(shè)一次全站儀測(cè)量出煙囪的高度，步驟如下所述。

1.懸高測(cè)量

如圖3所示，在距煙囪一定距離的地面點(diǎn)A處安置全站儀，B點(diǎn)處安置反射棱鏡，在懸高測(cè)量模式下，依次照準(zhǔn)反射棱鏡、煙囪頂部K點(diǎn)和煙囪底部B，全站儀顯示高度H1，可用式(1)計(jì)算，即

此時(shí)全站儀顯示的高度H1并非煙囪的實(shí)際高度H，從圖3可以看出兩者相差Δ，即

式中，R為煙囪底面圓的半徑;r為煙囪頂面圓的半徑。

圖3 工業(yè)煙囪高度測(cè)量示意圖

2.利用圓柱偏心測(cè)量原理求出煙囪底面

半徑R和頂面半徑r

1)懸高測(cè)量結(jié)束后，不必搬動(dòng)全站儀，在數(shù)據(jù)采集模式下，按照?qǐng)A柱偏心測(cè)量步驟瞄準(zhǔn)B點(diǎn)反射棱鏡以及煙囪底部的E1、E，全站儀顯示A點(diǎn)到煙囪底部中心的平距D1，則煙囪底面半徑R可由式(4)計(jì)算

2)同上述步驟，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)反射棱鏡以及煙囪頂部的F1、F，全站儀顯示水平距離D2，需要特別注意的是，水平距離D2為圖3中AO1之間的水平距離(圖中圓柱O1是假想的，其特征是與大圓柱O內(nèi)切，同時(shí)與視線(xiàn)AF、AF1外切，實(shí)際并不存在)。由圓柱偏心測(cè)量原理式(2)可知

式中，β2為煙囪頂部左右兩切點(diǎn)F1、F之間的水平角。而從圖3的△AFO中可得

由式(5)、式(6)可以得到煙囪頂部半徑為

3.煙囪高度計(jì)算

將式(4)和式(7)代入式(3)整理后就得到

12到。特別的，當(dāng)D2=D1，即μ=1，r1=R=r時(shí)，煙囪為圓柱狀，式(9)與式(1)一致，可以用懸高測(cè)量方法直接進(jìn)行。

根據(jù)工業(yè)煙囪的特點(diǎn)，在實(shí)地進(jìn)行高度測(cè)量時(shí)，還需注意以下兩點(diǎn):

1)由于本方法是借鑒圓柱偏心測(cè)量功能，因此在利用圓柱偏心測(cè)量原理求煙囪底面半徑R和頂面半徑r時(shí)，照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)E1與E以及F1與F應(yīng)在同一高度上，左右兩點(diǎn)對(duì)稱(chēng)。

2)測(cè)站點(diǎn)A、棱鏡站點(diǎn)B、煙囪中心O三點(diǎn)要在一直線(xiàn)上。

五、結(jié)束語(yǔ)

從上述分析可知，對(duì)于工業(yè)煙囪等高聳建筑物進(jìn)行高度測(cè)量時(shí)，要充分利用全站儀的功能，減少外業(yè)工作量，減輕測(cè)量人員的外業(yè)工作強(qiáng)度，得到滿(mǎn)足測(cè)量精度要求的數(shù)據(jù)。與其他方法相比較，本文介紹的方法只要架設(shè)一次全站儀就能夠把煙囪的高度精確測(cè)量出來(lái)，對(duì)實(shí)際工程測(cè)量有一定的指導(dǎo)意義。

［1］ 覃輝.建筑工程測(cè)量［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007:98-101.

［2］ 趙巧紅，胡立國(guó).全站儀懸高測(cè)量的精度分析［J］.煤炭技術(shù)，2007，26(8):108-109.

［3］ 周美群，葉慶豐.淺談懸高測(cè)量的誤差控制［J］.科技信息，2009(21):268-269.

［4］ 董世遠(yuǎn).利用全站儀對(duì)向觀測(cè)進(jìn)行懸高測(cè)量［J］.工程勘察，1997(5):59-61.

［5］ 潘益民，黃曼，杜素云.全站儀懸高測(cè)量存在的問(wèn)題及改進(jìn)方法［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2010，141(1): 46-47.

A New Method for Industrial Chimney Height Measurement

PAN Yimin

0494-0911(2012)05-0073-03

TU196

B

2011-12-02

潘益民(1964—)，男，浙江新昌人，講師，主要從事工程測(cè)量教學(xué)與研究工作。