免棱鏡全站儀在測繪中的應用

王 彤

（山西省測繪工程院，山西 太原 030002）

測繪的野外工作是非常艱苦的工作，保證精度與減少外業工作量、減輕工作的勞動強度是測繪人員都在考慮的問題。當20世紀80年代初電子測距儀與電子經緯儀相結合成為一體化全站儀以來,測量儀器的性能有了突飛猛進的發展。但是，傳統的全站儀測量需要棱鏡的配合使用，在難以架設棱鏡的地方，對于測量仍然不能改變工作的不便和困難。近幾年來，隨著科技的不斷進步及新技術的運用，全站儀具有了更高的性能。為了某些特定的環境以及具有大數量目標等特殊測繪環境下的需要，徠卡公司推出了第一臺采用免棱鏡測量技術的全站儀。免棱鏡測距,又叫無接觸測距，指的是全站儀發射的光束經目標物自然表面反射后，直接測定距離的測距方法。

隨著測繪技術的發展，近幾年來全站儀都增加了免棱鏡測距。雖然各類全站儀的測距原理、測程長短、測量精度等各有差異，但在日常的測量生產中逐步對儀器熟悉并掌握，免棱鏡測量將以可視、省力、高效為方向，使得免棱鏡測距功能由被動使用變為主動應用，提高了測繪生產過程中的靈活性。雖然在測繪行業中RTK、GPS、激光雷達、地面數字攝影測量等新技術得到推廣，但受到行業特點限制，如衛星信號、地形破碎、植被茂盛等因素影響，無棱鏡測量設備都有自身的特點和適用范圍。筆者通過實際使用和一些基本的測試，總結出一定的經驗和規律，旨在提高實際工作的效率。

實測場地選在地物密集、地貌明顯的區域，測區有多種材質和形狀的建筑物、植被水系等有代表性的地物地貌進行碎部測量時，采用有棱鏡和無棱鏡兩種方法。在相同測站、時間段、條件下對近150個碎部點進行五次兩種測量模式的測量。其部分測量結果見下表：

部分點位測量結果統計表

依據《數字測繪產品檢查驗收與質量評定規范(GB/T18316-2001)》，對比例尺為1∶500地形圖碎部點位的精度限差值0.2×M=0.2×0.5=0.10m=100mm，實測數據小于1∶500的地形圖對碎部點的點位精度要求，所以，在測量范圍內無棱鏡測量就點位精度而言，可以用于數字地形圖的碎部點數據采集。

一、在對免棱鏡全站儀的使用中應注意的問題

（1）測距的方向上不能有阻擋，若有阻擋，便會無法測距或是障礙物的觀測數據，對重要點和精度要求高的目標應采用棱鏡進行檢測或補測。

（2）免棱鏡型的測距相對棱鏡測距是比較短的，由于激光經過漫反射、干涉等的影響，長測距的精度隨之下降，甚至由于距離長接收的反射信號強度不夠，而無法測出距離。

（3）材料顏色對測距精度的影響表現不明顯，顏色越淺而且表面越光滑的反射目標物對測距越有利。

（4）測量中激光入射角與物體表面夾角過小會使觀測數據的不穩定而出現誤差，應盡量保證激光入射角小于30°，保證測距精度的可靠性。

（5）免棱鏡反射信號比有棱鏡反射信號弱，工作中消耗的電源較多，要準備足夠的電源。

（6）由于激光束對眼睛有傷害，在施測過程中不要長時間通過目鏡觀測目標，以免眼睛受傷。

免棱鏡測距時由于受到激光束的限制，對角落或者深色表面物件的測距效果不太理想，往往不能正確測距或者測距誤差大。例如，在隧道施工，對水泥厚度或者護墻施工測量控制時，因為隧道光線不足、水泥等有深色，免棱鏡測距往往就測不出。

二、實踐中發現免棱鏡的特點和適用范圍

（1）測量通視條件好，反射介質好的區域采用免棱鏡測量，可以提高工作效率。

（2）免棱鏡測量適宜測量裸露的目標。如電桿、房腳、公路等視線可及的地形、地物點高程，以及視線沒有任何障礙的地形地物測量。

（3）免棱鏡測量在一些特殊的條件下可以很方便地使用，如陡崖、深谷，以及對人有危害的如有毒、高溫高壓地方。

實際工作發現，影響免棱鏡全站儀測距精度的因素主要有:①反射面材質對測距精度的影響;②反射面色彩對測距精度的影響;③人射角對測距精度的影響;④反射面透明度對測距精度的影響。除了上面提到的特殊情況外，在一般的情況下，免棱鏡型全站儀還是比較可靠的，測值精度和穩定性也是很好的。免棱鏡全站儀采用的測距模式分為相位式、脈沖式、脈沖相位式幾種。相位式測距精度高、脈沖式測程遠；隨著科技的發展，脈沖相位式的測程遠且測距精度高，使得免棱鏡全站儀體現出測距速度快、測程遠、效率高、使用范圍廣、安全性能高等的優點，在地形測量、工程斷面測量、建筑物傾斜測量等方面發揮很大的作用，畢竟用望遠鏡照準目標直接測距無論如何也比跑尺員手持棱鏡跑去立鏡再進行照準測距要快得多。這不僅可以使跑尺員極大地減輕勞動強度，而且對提高整個作業組的外業工作效率很有幫助。

總之，對免棱鏡型全站儀的研究做得還不是很系統，而且我國的計量鑒定規程對免棱鏡全站儀還沒有相應的鑒定規定，沒有規范免棱鏡全站儀測距的系統誤差的檢測方法和技術要求，缺乏規范的檢驗、測試、分析，使得免棱鏡全站儀系統誤差不能有效改正，測繪工作人員在沒有明確的使用方法和要求的情況下，在精密工程測量及變形監測中的實際應用中不能物盡其用。無棱鏡測量技術有多方面的優越性能和先進性能，但它不是萬能的，特別對野外各種不同的觀測條件，儀器不可能改變它，也不可能完全適應它。測繪人員要充分了解其特性，采取必要的措施靈活應用，更好地發揮技術設備的優勢，取得真實可靠的測量成果。隨著儀器設備的生產者對儀器光源、測距模式改進，逐步對免棱鏡缺點的改進，免棱鏡全站儀會更廣泛地被應用于各種施工項目。

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