全站儀定位在戶外裝飾工程中的應用

創新者：陳洪志

全站儀定位在戶外裝飾工程中的應用

創新者：陳洪志

大型建筑物戶外裝飾工程作業環境惡劣，測量定位要求精度高、速度快。全站儀具有的免棱鏡功能，可以提高作業速度。全站儀內置的懸高測量程序，可以實現高大建筑物懸空作業的快速、精確水平定位。全站儀內置的對邊測量程序，可以實現高大建筑物懸空作業的快速、精確垂直定位。本文通過工程實例，論證了應用全站儀解決大型建筑物戶外裝飾工程測量定位困難的問題。

隨著我國經濟的不斷發展壯大，越來越多的大型建筑物不斷興建。出于宣傳的目的，這些建筑物外表面都會附著一些企業的LOGO或者反映企業精神的大型廣告字體。如何在高大建筑物光滑的表面實現廣告字體的快速定位，實現戶外裝飾工程的宣傳效果，就成了測量技術人員必須面對的一個問題。

全站儀，全名為全站型電子速測儀，是集光、機、電為一體的高度自動化的工程測量儀器，廣泛應用于建筑、水利、交通等各種工程的精密測量或建筑物、地表形變的變形監測等作業領域。全站儀具有自動測角、自動測距、自動計算、圖形顯示和數據存儲、無線傳輸等多項功能。近幾年，全站儀在具備常用的基本測量模式（角度測量、距離測量、坐標測量）之外，還具有包括對邊測量、懸高測量、偏心測量、面積計算等各種測量內置程序，功能相當豐富。特別是，隨著免棱鏡測距技術的不斷成熟，使利用全站儀解決大型建筑物戶外裝飾工程中大型字體的定位問題提供了可能。目前，新型超長免棱鏡測距全站儀已經達到了1000m以上距離的免棱鏡測距。

工程概況

江西某工程是一座以防洪、供水為主，兼顧發電、灌溉、觀光旅游等綜合利用的大型水利樞紐。水庫設計總庫容1.25×108m3，多年日平均供水量24×104m3，防洪標準庫容0.151×108m3，可灌溉農田12.57×104畝，電站總裝機容量2×7.0MW。水壩壩體為碾壓混凝土雙曲面型拱壩，壩頂最大高程245.60m，最大壩高95.1m，壩頂壩軸線長度283.94m，壩頂平均寬度6.4m，最大壩底寬度32.9m。

該工程竣工后，根據建設方要求，需要在壩體的背水面安裝7個大型宣傳漢字，每個漢字為正方形，平面尺寸為9 m2。垂直高度要求：字體的底部距離地面為壩體高度的0.618倍，即為建筑物的黃金分割線位置。水平間距要求：距離兩側山體各10 m，各漢字之間間距相等。

測量定位原理

懸高測量原理

懸高測量，就是測定空中某點距地面的垂直高度，空中待測點無需設置棱鏡等照準標志的一種技術。全站儀進行懸高測量的工作原理如圖1所示。首先把反射棱鏡（反射片）設立在欲測目標點B的正下方（天底）B'點（即過目標點B的鉛垂線與地面的交點），輸入照準棱鏡高v，精確至毫米；然后照準反射棱鏡開始進行距離測量，屏幕上顯示的距離不再變化為止。轉動望遠鏡照準待測目標點B，屏幕便能實時顯示出目標點B至地面的垂直高度H。

顯示的目標高度H，由各類全站儀自身內存的計算程序按下式計算而得到：

注：v為棱鏡到地面的垂直高度，S為全站儀中心至反射棱鏡中心的斜距；α1和α2分別為反射棱鏡和目標點投影于水平面的豎直角，α2過大會影響懸高測量的精度。

對邊測量原理

圖1　懸高測量示意圖

對邊測量，是指使用全站儀對兩個（或兩個以上的）點進行測量，求出后一個點相對前一個點（或第一點）的水平距離、高差等值的測量技術。對邊測量的工作原理為：全站儀根據其測量得到的兩個待測點的坐標（同一坐標系或相同的假定坐標）進行自動反算，并將兩點的距離作為結果顯示出來。設置測站后，如果在已有測量坐標系下進行測量，可以給出兩個點之間的正確方位角。如果是假定的獨立坐標系，屏幕顯示的方位角是獨立坐標系的方位角。如圖2所示，對邊測量的觀測量為斜距SA、SB，可求的未知量為平距DAB、高差hAB，方位角夾角β。

圖2　對邊測量原理

免棱鏡測距技術

免棱鏡測距技術，即全站儀不照準反射棱鏡、反射片等專用反射工具即可測量距離的技術。

（1）光源。免棱鏡全站儀的光源一般都使用激光光源（LD）作為載波信號源。免棱鏡測距模式的光學系統一般都采用窄光束測量。高精度超長測程的全站儀使用脈沖式激光測距，可以有效的過濾干擾信號。出于激光安全考慮，多使用690nm左右的一級激光。

（2）免棱鏡全站儀的測距模式。免棱鏡全站儀采用的測距模式一般分為：相位比較式、脈沖式、脈沖相位比較式等幾種。早期的免棱鏡全站儀采用相位比較式測距模式，優點是測距精度高；中期的免棱鏡全站儀采用脈沖式測距模式，優點是測程遠；脈沖相位比較式結合了前兩種的測距優點，是這幾年的新科技成果，測程遠而且測距精度高。

（3）免棱鏡測距的優點。免棱鏡測距，適合不宜放置反射棱鏡或者反射片的地方的測距。可以實現遠離被測物體的工作模式獲取山地、島嶼、露天礦體等重要坐標點信息，廣泛應用于觀測懸崖、石壁等的滑坡、變形測量，隧道施工等。

免棱鏡測距技術大大提升了測量工作效率，避免反復搬站，更是能夠極大程度地保證了作業人員的生命安全。

技術實施

由于建筑物體型巨大，壩體表面光滑，施工人員在安裝字體時都是懸空作業，快速、準確就成了測量定位工作的重中之重。

作業準備

將全站儀放在壩體中線的延長線上，距離壩體100～150m的適當位置。為了保證放樣的精度，測站要選在土質堅實，具有一定高度，相對開闊的地方。精確整平全站儀，電子氣泡要保持居中。開機，全站儀自檢合格，保證電池電量充足。在“設置”菜單中，選擇免棱鏡工作模式。

垂直定位

按菜單鍵，儀器進入菜單模式。選擇“測量程序”，選定：“懸高測量”程序。按功能鍵選擇“無需鏡高”模式。照準壩體與地面相交的中點，按“測量”鍵。測量開始，顯示儀器至壩體之間的水平距離。測量完畢，照準點的位置被確定。水平制動不動，緩慢提升望遠鏡，照準壩體頂點，顯示垂直距離：86.743m。按照設計要求，待放樣的字體水平高度為該距離的0.618倍，即為53.607米。繼續保持水平制動不動，緩慢降低望遠鏡，直至屏幕顯示距離為53.607m為止，指揮作業人員將點位標注在壩體上。保持垂直制動鎖定，打開水平制動，用目鏡的中絲指揮作業人員從左岸至右岸依次標注點位，連接這些標注點，在壩體上就放樣出了一條復合要求的水平線。即為待安裝字體的底線。

水平定位

按菜單鍵，儀器進入菜單模式。選擇“測量程序”，選定：“對邊測量”程序。利用功能鍵，選擇“不使用文件”。按功能鍵，選擇：MLM-2（A-B，B-C）模式。瞄準放樣出的水平線與左岸巖石體的交點，按“測量”鍵，顯示儀器到照準點的平距。測量完畢，照準點位置被確定。垂直制動鎖定，水平轉動至右岸壩體與巖石的交點，按按“測量”鍵。測量完畢，顯示左交點與右交點的距離為：125.476m。沿左向緩慢移動望遠鏡，目估有10m左右距離，瞄準壩體點，按“測量”鍵，看屏幕上顯示的距離，如果大于10m，則指揮作業人員向右移動。如果小于10m，則指揮作業人員向左移動。直至屏幕上顯示距離為10m，作業人員在已經放樣的水平線上標注該點位，即為待放樣字體的右邊界點。根據設計要求，從這個右邊界點開始，重復上述步驟從右至左依次放樣出水平距離3m、14.079m、3m，共重復6次。最后，瞄準左交點，進行檢核。經過檢核，字體的左邊界點至壩體的左交點距離為9.995m，符合設計精度要求。

經過以上步驟，字體的底部邊線、左右邊界點都已經標注完畢，可以進行字體安裝工作。

結語

常規測量技術面對大型建筑物戶外裝飾工程往往束手無策，使用免棱鏡全站儀進行定位，應用儀器的內置程序，可以方便的解決這類問題。本文通過在壩體上安裝大型字體的測量定位實例，論證了全站儀技術的應用價值。應用本文提供的方法，進行類似工程的測量定位可以極大的減輕作業人員的工作強度，節約工作時間，同時也提高了高空作業人員的安全系數。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.036