無棱鏡全站儀測量技術在斷面測量中的應用

山東省菏澤市測繪研究院 山東菏澤 274000

摘要：斷面測量工程是工程測量中的一個重要方面，在工程建設中，有著重要的作用，做好斷面測量工程，無棱鏡全站儀能夠起到很好的作用。本文根據無棱鏡全站儀測量技術優缺點，結合其在斷面測量中的應用，探討使用方法，總結經驗。

關鍵詞：無棱鏡全站儀；斷面測量；道路縱；橫斷面測量

引言

當前，隨著科學技術、信息技術、電子技術的高速發展及應用，極大推動了測繪事業技術的現代化發展，現代化的工程施工，越來越依靠測繪技術現代化的支持。傳統測繪技術已被測繪數字化、信息化取代，模擬白紙測圖方式、光學經緯儀已被淘汰。取而代之的是全站儀、電子水準儀、衛星導航、電子繪圖儀。現代化測繪儀器的普及和應用，加快了測繪作業進度，提高了測繪成果的精度，增加了社會經濟效益。無棱鏡全站儀測量技術的應用，就是很好的例證。無棱鏡全站儀與全站儀相比，具有一定的優越性，不僅能提高作業效率，而且能減少一司鏡人員，節約了人力。全站儀在作業時，凡是司鏡人員不能達到的地方無法安設棱鏡時，就不能采集數據，而無棱鏡全站儀完全克服了此類缺陷，能快速采集數據。本文根據無棱鏡全站儀測量技術優缺點，結合其在斷面測量中的應用，探討使用方法，總結經驗。

1 無棱鏡全站儀概述

1.1無棱鏡全站儀簡介

無棱鏡全站儀，是在原傳統全站儀的基礎上發展起來的。傳統的全站儀，不同的型號其作用略有差異，但是基本功能大致相同，都具備測角、測距、電子熒屏顯示、微電腦處理器、存儲記憶等功能，能把所測傾斜距離改化為水平距離、高差、平面坐標等結果。傳統全站儀測距，須有協作目標，也就是反光直角棱鏡，或者反射片，棱鏡或反射片把從全站儀發出的光，反射回全站儀進而測出距離。無棱鏡全站儀基本原理與全站儀大致相同，發射光束，反射和接收光束。無棱鏡全站儀測距時不需要協作目標，而是把儀器射出的管束，直接打在自然物體的表面，光束經自然物體表面漫反射后被儀器接收測出距離。然后經全站儀微處理器處理，得到不同的數據。

無棱鏡全站儀因為不需要協作目標，因此能夠在一些危險的地方、人員不能到達的地方廣泛應用，這樣不僅作業強度得以降低，而且危險性也大為降低，同時又能有效保護被測目標的穩定性、完整性。

1.2 無棱鏡全站儀精度分析

無棱鏡全站儀測角精度，與傳統全站儀相同，不同之處在于測距精度。其誤差來源主要有儀器本身測距精度、氣象條件（主要是溫度、氣壓、空氣透明度等外界條件）、被測物體的反射性能等。由于本文寫作時沒有足夠的實驗數據，只能根據誤差理論進行初步探討，不能定量分析。由于無棱鏡全站儀無協作目標，其測距精度必然受被測物體反射離散程度的影響，同時受被測物體到全站儀距離的影響。本文從無棱鏡全站儀測量的少量數據來看，反射物體穩定性減弱，其觀測數據的方差增大，反射物體具有足夠的穩定性，其測距精度影響不大。隨著被測物體距無棱鏡全站儀距離的增加，測距精度會降低。目前來看，無棱鏡全站儀測距一般在300米左右，精度在毫米級，能夠滿足測量精度要求求。

1.3 無棱鏡全站儀使用中的問題

無棱鏡全站儀在使用過程中，和全站儀基本相同，要根據其功能的不同，使用前測定作業環境的溫度值、氣壓值，把溫度值、氣壓值輸入全站儀進行溫度和氣壓的自動改正。作業環境溫度值的大小，使用圓盒氣壓計測定，作業環境溫度，用溫度干濕計測定。溫度和氣壓單位，根據儀器的功能不同，采用儀器要求的規定單位。否則，就會人為造成精度降低或粗差。

無棱鏡全站儀在進行測量時，要注意儀器和被測物體之間是否有移動物體出現，觀測人員注意力要集中，否則，在儀器和被測物體之間有移動物體出現，而觀測人員沒有發現，就會造成測量數據失真。這一點，是與全站儀的最大足區別，全站儀沒有棱鏡不測距，只有在有棱鏡的情況下才能測量，有移動物體遮擋，測不出數據，不造成數據失真。觀測人員要根據不同的測量環境，注意不同的移動物。在城區測量，要注意行人、車輛等遮擋，在城區外田地或河道、道路測量，不僅要注意行人、車輛，還要注意風力的影響，風吹樹搖葉動時，遮擋測量。

無棱鏡全站儀雖有優點，但是缺點也不可忽視，就是儀器受移動目標影響大，稍不注意，就出現錯誤。為防止此類錯誤出現，儀器測距瞬間，觀測人員要精力集中，確定測距時無遮擋物，不注意的話，采集的數據失真，影響觀測結果。

在使用無棱鏡全站儀時，要根據天氣情況，給儀器打傘，不能把儀器曝露在烈日下，儀器不能受潮，要防止雨水浸入。如果儀器曝露在烈日下，不僅會降低儀器測量精度，長期這樣下去，還會減少儀器使用壽命。

2 斷面測量原理

2.1 斷面要求和斷面數據

在道路、河道、水渠、管線等工程中，設計人員需要知道沿工程方向的地面起伏狀態，然后根據起伏狀態設計工程的要素，這就是縱斷面。與縱斷面垂直的斷面，在一定范圍內起伏的地面狀態，就是橫斷面，橫斷面起伏的數據要素，同樣是設計人員需要的重要數據。縱、橫斷面的測量，實際就是測定其縱、橫線平面位置和高程，進而繪制縱、橫斷面圖，提供給工程技術設計人員。

2.2 無棱鏡全站儀測量

使用無棱鏡全站儀，測出一點的平面位置、高程，繼續沿縱、橫向線測出其他點的位置和高程，然后經計算機處理，從而繪出斷面圖。在測量時，一個點的坐標，利用無棱鏡全站儀功能直接測出，儀器自動記錄。測量高程時，要進行一定的操作。無棱鏡全站儀高程測量，實際上就是三角高程測量。三角高程測量公式為：

h=D*tga+k-l，①

Hb=Ha+h ②

上式中，是由某個已知高程點a，在a點上安置儀器，觀測另一個未知點b，①式是計算兩點高差，D是兩點之間的水平距離，k是a點儀器高，l是未知點b上的覘標高，h是兩點高差，tga是觀測時測得的豎直角正切值，②式是高程計算公式。根據無棱鏡全站儀的功能可知，覘標高為零，D*tga則由無棱鏡全站儀直接測出，儀器高k用小鋼尺直接量出，輸入儀器，則未知點高程直接測出，儀器自動記錄。

3 道路縱、橫斷面測量

道路工程，主要有鐵路、公路、簡易路工程，一般主要指鐵路和公路。鐵路工程中縱、橫斷面測量主要是選線時進行，公路縱、橫斷面測量主要是選線新建和改造時進行。部分道路工程在竣工驗收時，也進行縱、橫斷面檢測量。本文中以公路縱橫、斷面測量為主，敘述無棱鏡全站儀測量技術具體應用。公路工程經有關部門可行性研究后組織實施，一般是根據設計圖紙上頂線，然后到實地進行定線。道路中線實地定放后，即可進行縱、橫斷面測量。一般的縱橫斷面可以分開進行，也可以同時進行，本文以分開的方式進行敘述。

3.1道路縱斷面測量

在進行縱斷面測量前，要收集道路工程區域內的控制在資料、道路中心線定測情況、道路中樁具體位置。根據道路等級要求，確定施測精度。也可根據道路工程總體技術要求規定執行設計要求精度。無論哪種情況，都要確保測量精度的可靠性。

根據收集掌握道路工程范圍內各類控制點布設情況及精度，判斷控制點密度和精度是否滿足縱斷面測量要求，如果不能滿足縱斷面測量要求，應根據技術設計，布設施測加密控制點。當工程區域內控制點能夠進行測量時，就可開始測量。根據道路中心樁之間的距離以及地形情況確定是否加樁，一般的平坦地區，30至50米一個中心莊，地形起伏較大，要根據起伏情況，在地形變換處增加中樁，中樁點的密度，以能正確反映道路中線地形起伏為準。儀器觀測員在已知點上安置無棱鏡全站儀后，用小鋼尺量取儀器高至毫米，根據儀器功能輸入儀器高，輸入已知點坐標、高程數據，根據實地測量的溫度、氣壓值，按要求輸入儀器。如果不能現場測量氣壓、溫度，也可根據當地天氣預報查詢當天溫度、氣壓值。轉動儀器瞄準后視點定向，用另一個已知點做檢查。記錄員要根據要求，對上述有關數據進行記錄，并檢查，記錄檢查無誤后，核對檢查結果，是否符合要求后，進行測量。觀測員瞄準首個觀測點進行觀測，儀器自動記錄，保存數據，轉動儀器，同法施測下一個觀測點，直到本測站結束，結束前，利用已知點進行檢查。同法進行下一站觀測，直至觀測結束。這樣觀測的數據，就是每個中樁點的三維值，觀測時，要瞄準中樁地面位置，不要瞄準中樁上部，不然就不是該點的地面位置了。外業結束后，從全站儀上下載觀測數據到計算機，對數據進行處理，完成縱斷面圖的繪制。

3.2 道路橫斷面圖的測量

道路橫斷面圖的測量，和縱斷面圖測量方法一樣，只是橫斷面測量時，一般不用布點，直接瞄準測量就行。在進行橫斷面測量時，要注意點的取向，一定要選在縱向的基本垂直方向，不可偏離太大。一般平坦地區，5至15米一個點，有起伏時，地形變換處都要測量。在一個測站上，可以同時測量多個橫斷面點。