免棱鏡全站儀在測繪中的應(yīng)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(yè)工作量、減輕工作的勞動(dòng)強(qiáng)度是測繪人員都在考慮的問題。當(dāng)20世紀(jì)80年代初電子測距儀與電子經(jīng)緯儀相結(jié)合成為一體化全站儀以來,測量儀器的性能有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但是，傳統(tǒng)的全站儀測量需要棱鏡的配合使用，在難以架設(shè)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(jìn)步及新技術(shù)的運(yùn)用，全站儀具有了更高的性能。為了某些特定的環(huán)境以及具有大數(shù)量目標(biāo)等特殊測繪環(huán)境下的需要，徠卡公司推出了第一臺(tái)采用免棱鏡測量技術(shù)的全站儀。免棱鏡測距,又叫無接觸測距，指的是全站儀發(fā)射的光束經(jīng)目標(biāo)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(shù)的發(fā)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(chǎn)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(dòng)使用變?yōu)橹鲃?dòng)應(yīng)用，提高了測繪生產(chǎn)過程中的靈活性。雖然在測繪行業(yè)中RTK、GPS、激光雷達(dá)、地面數(shù)字?jǐn)z影測量等新技術(shù)得到推廣，但受到行業(yè)特點(diǎn)限制，如衛(wèi)星信號(hào)、地形破碎、植被茂盛等因素影響，無棱鏡測量設(shè)備都有自身的特點(diǎn)和適用范圍。筆者通過實(shí)際使用和一些基本的測試，總結(jié)出一定的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律，旨在提高實(shí)際工作的效率。

實(shí)測場地選在地物密集、地貌明顯的區(qū)域，測區(qū)有多種材質(zhì)和形狀的建筑物、植被水系等有代表性的地物地貌進(jìn)行碎部測量時(shí)，采用有棱鏡和無棱鏡兩種方法。在相同測站、時(shí)間段、條件下對近150個(gè)碎部點(diǎn)進(jìn)行五次兩種測量模式的測量。其部分測量結(jié)果見下表：

部分點(diǎn)位測量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

依據(jù)《數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收與質(zhì)量評定規(guī)范(GB/T18316-2001)》，對比例尺為1∶500地形圖碎部點(diǎn)位的精度限差值0.2×M=0.2×0.5=0.10m=100mm，實(shí)測數(shù)據(jù)小于1∶500的地形圖對碎部點(diǎn)的點(diǎn)位精度要求，所以，在測量范圍內(nèi)無棱鏡測量就點(diǎn)位精度而言，可以用于數(shù)字地形圖的碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。

一、在對免棱鏡全站儀的使用中應(yīng)注意的問題

（1）測距的方向上不能有阻擋，若有阻擋，便會(huì)無法測距或是障礙物的觀測數(shù)據(jù)，對重要點(diǎn)和精度要求高的目標(biāo)應(yīng)采用棱鏡進(jìn)行檢測或補(bǔ)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(jīng)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(hào)強(qiáng)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(xiàn)不明顯，顏色越淺而且表面越光滑的反射目標(biāo)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(huì)使觀測數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定而出現(xiàn)誤差，應(yīng)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(hào)比有棱鏡反射信號(hào)弱，工作中消耗的電源較多，要準(zhǔn)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(shí)間通過目鏡觀測目標(biāo)，以免眼睛受傷。

免棱鏡測距時(shí)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(hù)墻施工測量控制時(shí)，因?yàn)樗淼拦饩€不足、水泥等有深色，免棱鏡測距往往就測不出。

二、實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)免棱鏡的特點(diǎn)和適用范圍

（1）測量通視條件好，反射介質(zhì)好的區(qū)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(biāo)。如電桿、房腳、公路等視線可及的地形、地物點(diǎn)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(shí)際工作發(fā)現(xiàn)，影響免棱鏡全站儀測距精度的因素主要有:①反射面材質(zhì)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(wěn)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(yuǎn)；隨著科技的發(fā)展，脈沖相位式的測程遠(yuǎn)且測距精度高，使得免棱鏡全站儀體現(xiàn)出測距速度快、測程遠(yuǎn)、效率高、使用范圍廣、安全性能高等的優(yōu)點(diǎn)，在地形測量、工程斷面測量、建筑物傾斜測量等方面發(fā)揮很大的作用，畢竟用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)直接測距無論如何也比跑尺員手持棱鏡跑去立鏡再進(jìn)行照準(zhǔn)測距要快得多。這不僅可以使跑尺員極大地減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且對提高整個(gè)作業(yè)組的外業(yè)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(tǒng)，而且我國的計(jì)量鑒定規(guī)程對免棱鏡全站儀還沒有相應(yīng)的鑒定規(guī)定，沒有規(guī)范免棱鏡全站儀測距的系統(tǒng)誤差的檢測方法和技術(shù)要求，缺乏規(guī)范的檢驗(yàn)、測試、分析，使得免棱鏡全站儀系統(tǒng)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(jiān)測中的實(shí)際應(yīng)用中不能物盡其用。無棱鏡測量技術(shù)有多方面的優(yōu)越性能和先進(jìn)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(yīng)它。測繪人員要充分了解其特性，采取必要的措施靈活應(yīng)用，更好地發(fā)揮技術(shù)設(shè)備的優(yōu)勢，取得真實(shí)可靠的測量成果。隨著儀器設(shè)備的生產(chǎn)者對儀器光源、測距模式改進(jìn)，逐步對免棱鏡缺點(diǎn)的改進(jìn)，免棱鏡全站儀會(huì)更廣泛地被應(yīng)用于各種施工項(xiàng)目。

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