淺談無棱鏡全站儀在地形圖測繪中的應用

韓莫非

摘 要：應用全站儀無棱鏡測量新技術進行地形圖測繪，可以解決建筑物復雜、無法運用GPS測量及施測人員難以到達地物特征點上測量的難題。無需立棱鏡，大大節省了人力、物力、時間，加快了外業進程，提高了工作效率。文章簡述了無棱鏡測量新技術的原理、適用條件以及精度情況。

關鍵詞：全站儀；無棱鏡測量；地形圖測繪

引言

無棱鏡測量不需要在被測點上放置棱鏡和反射片，這一獨特的優點使得不易架設棱鏡的地方，進行測繪成為可能。采用無棱鏡測量，既快速、準確，又可以節省人力和物力，甚至可實現單人單機測量作業。在進行地形圖工作中，無棱鏡測量技術的應用前景更為可觀。

1 無棱鏡全站儀測量技術的基本原理

無棱鏡測量技術基于相位原理，發出的激光束極為狹小，可以非常精確地打在目標上，只要測點的反射符合介質、符合無棱鏡測量的條件，就不需要在點上放置棱鏡，既可測量出該點的三維坐標。

2 無棱鏡全站儀測量的使用條件

無棱鏡測量適用于反射介質反射能力強的地方，在反射介質較暗，吸光性太強，反射條件不好的地方不宜使用無棱鏡測量。無棱鏡測量技術適宜測量反射面裸露的地物。無棱鏡測量技術適用于視線沒有任何障礙的地形地物測量，若中間有障礙物則測量到是障礙物的坐標、高程。無棱鏡測量耗電量大，外業時要準備充足的電源，必要時配置外掛電源。施測過程中不要長時間通過目鏡目的物，以免將眼睛長時間置于激光束中導致傷害。

3 無棱鏡測量與棱鏡測量的對比

在控制測量的基礎上，通過無棱鏡和有棱鏡兩種形式進行野外數據采集。

3.1 人員分配

有棱鏡測量運用的是“一機一鏡，一機多鏡”的方法，首先要消耗時間用在“跑棱鏡”工作上，其次如果團隊協作能力不強，又要浪費人力及物力資源。無棱鏡測量在允許測程范圍之內，再被測地形地物點介質情況良好下，周圍無干擾儀器信號等優良條件下，可以實施單人單機測量模式。可避免工作人員進入懸崖、溪谷、客流量大的公路、有劇毒或危險等不易架設棱鏡的地方，無棱鏡測量可以有效地節省時間、人力及物力，能夠使外業測量加快工作進度，成為按時完成測繪任務的有力保障。

3.2 儀器性能

有棱鏡測量在測量速度方面比較緩慢，在棱鏡周圍存在特殊介質（高速公路上的明示牌）情況下，很容易在測量時造成“出假數”現象。無棱鏡測量全站儀中的測量、存儲功能操作簡單，無需轉換棱鏡常數（有棱鏡測量在使用多鏡方法時，不配套棱鏡的棱鏡常數是不一樣的），并且測量速度快于有棱鏡測量，同時照準目標地物實施測量時不會造成（出假數）現象，得到的數據成果真實、可靠。無棱鏡測量可以提高工作效率，保證工程質量。

3.3 數據分析

在不同的時間段、不同作業環境中對不同的材質、顏色的目標進行無棱鏡測量，然后把采集的數據在南方CASS6.1中進行數據圖的繪制，以有棱鏡測繪的數字圖為基礎，把無棱鏡測繪的數字圖做成圖塊，以圖廊點為基點進行插入，對繪制的線或面狀地物進行對比。結果發現，在用無棱鏡測量時，現狀目標位移中誤差小于比例尺地形圖測繪規定的限差，既在被測地物滿足測程的條件下，無棱鏡測量采集的數據可以代替有棱鏡測量數據。

采用無棱鏡測量技術大比例尺地形圖測繪是可行的。但是無棱鏡測量在處理視線穿過植被茂盛地區或透明體時，或被測地物的柯達灰度值較低時，測量精度較低、測程較短。在此條件下，對重點和精度要求較高的地物應采用有棱鏡檢測或補測，要做到在不同時間、地點、環境、介質、測程精度要求較高的條件下，無棱鏡要與有棱鏡兩種測量方法相結合，將有利于完成測繪任務。

4 在地形圖測繪中應用

無棱鏡全站儀最大的優勢就在于不需要接觸被測點就可獲得被測點的三維坐標。可顯著提高作業效率，保證測繪成果質量，這在地形圖測繪方面得到了充分體現。

4.1 地貌測繪

以遼寧省高速公路帶狀地形圖-東梁西吐呼嚕山地形圖修補測量項目為例，西吐呼嚕山山高坡陡，發布數條不規則走向沖溝高壓桿下有高達樹林遮擋，山下農作物以梯田方式種植，給作業人員操作造成很大的困難。在測繪過程中，無棱鏡全站儀可以直接測出地形處，沖溝邊緣及溝底，山上高程點均勻分布后，便可直接測出高壓桿頂部的平面坐標，無需作業人員在坎上立棱鏡，就能測出田坎的坐標和高程。保障作業人員安全。

4.2 地物測量

以巴新鐵路引線兩側地形圖修補測量項目為例。該項目鐵路兩側地物復雜，擁有縱橫交錯的居民房屋和車流量很大的高速公路等，給測繪工作帶來很大的麻煩。運用無棱鏡全站儀測量，無需作業人員進入各家各戶，既可測出房屋、圍墻的真實位置，排除居民區內家里無人、院內有狗等不利因素。不必行走即可測出高速公路鐵絲網、排水溝、路邊坡等平面高程和坐標。

上述事例，在特出環境下，無棱鏡全站儀測量遠遠優越與有棱鏡全站儀測量以及GPSRTK測量技術，節省時間，減輕勞動強度和作業危險性，提高了測圖效率。

5 應用中注意的問題

（1） 目標與其背景之間的反差很小，反射信號很弱時，測量誤差會很大，（2）目標附近的其他物體表面會影響測量結果。（3）在視準線附近不應有其他帶色的光或反射物。（4）測量光亮或潮濕的表面要注意考慮到激光點的尺寸、瞄準位置、瞄準角度等因素。（5）在測量中轉換有棱鏡和無棱鏡操作時不要將望遠鏡對著人的眼睛。（6）儀器和目標點間有汽車或行人通過時，必須等物體通過后才能進行測量。（7）在地形視野不開闊地段和植被茂密地區，全站儀無反射棱鏡測量功能將無法發揮優勢。

6 結束語

在進行數字地形圖測繪時，在滿足無棱鏡測量條件下，無棱鏡測量可以取代有棱鏡測量。無棱鏡測量可以節省大量的人力和物力，節省時間，減輕勞動強度和作業危險性，保障人身安全和工程質量，提高了測圖效率，為無棱鏡測量模式的發展方向提供了廣闊的空間。