免棱鏡全站儀在工程測量中的應用

宮傳蛟

（山東省地礦測繪院 山東濟南 250002）

免棱鏡全站儀在工程測量中的應用

宮傳蛟

（山東省地礦測繪院 山東濟南 250002）

隨著科技的發展，免棱鏡全站儀越來越多的應用到地形測量當中去。相比有棱鏡全站儀、GPS－RIK聯合全站儀，免棱鏡全站儀在地形測量中測量精度要明顯比較高，特別是在大比例尺測圖中，免棱鏡全站儀有著明顯的優勢。免棱鏡全站儀的使用，很大程度上節省了人力與時間，提高了工作效率。本文主要介紹了免棱鏡全站儀的測量原理及其特點，并結合實際對免棱鏡測量技術在工程測量中的應用進行了探討。以期為相關人士提供幫助，提高工程測量的質量和效率。

免棱鏡全站儀；工程測量；應用

1 免棱鏡全站儀測量原理

免棱鏡全站儀即不需要棱鏡作為合作目標就可以進行測距的全站儀。免棱鏡測量又叫無合作目標測量，是不需要反射棱鏡而依靠被測物的自然表面反射光線來進行測距。免棱鏡測距的方法有兩種：①脈沖法；②相位法，脈沖法用測量時發射和接收信號之間的時間間隔來計算距離，多次測量得出平均距離。相位法測量使用連續信號，以不同的頗率來調制載波信號，測出發射和接收信號之間的相位差，從而求出被測距離。由于無需反射棱鏡，因此它在人員不易達到地區，以及常規的地形測量、地籍測量、工程測量、房產測量、施工測量等領域所發揮的作用越來越大。

2 免棱鏡全站儀的特點

2.1 效率高，使用范圍廣

免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3維坐標。這一來，一方面省去了作業員爬高上坡的奔波之苦，作業強度和危險性大大降低，另一方面也對一些重要的比如文物之類的建筑起到了一定的保護作用。此外，有的儀器還提供了可見激光的無反射棱鏡方式，可見激光光束可以作為指向器使用，即可根據光斑的位置確定測量位置，因此沒有必要總是通過望遠鏡尋找目標，這也給全站儀在室內測量的應用擴展了空間利用這一特性，可以輕易完成建筑物表面測量、房間空間測量、航空攝影測量中的圖根點測量。

2.2 測距速度快、精度高

免棱鏡全站儀的測距速度一般在1s左右，是無反射梭鏡測距儀或掌上型激光測距儀的好幾倍，測距精度為2mm+2ppm，這樣不僅減輕了作業人員的工作強度，也提高了工作質量和效率。

2.3 測程遠

一方面紅外二極管的發射功率提高了，另一方面是免棱鏡全站儀可以在RL狀態便用棱鏡，這樣就大大提高了它的測程，如有的儀器使在IR模式測量時單棱鏡測程3km，在RL模式下用單棱鏡測量測程5km，測程幾乎提高了一倍。

2.4 安全性好

激光對眼的安全性是一個很重要的問題。根據IEC60825-1標準，測量員使用望遠鏡直接觀察不符合等級的激光束，不管該激光束是可見光還是不可見光，都可能會受到傷害。一些全站儀的光路中包含了切換返回望遠鏡可見紅色激光的減光板，因此通過望遠鏡不會看到紅光，這樣不但使返回到接受光路的信號最大，也保證了眼睛的安全，但當信號特別強烈或者使用反光鏡時，也會看到紅斑，不過也是安全的。

3 工程測量中應用免棱鏡全站儀的方法與策略

3.1 地形測量

（1）免棱鏡全站儀應用于建筑區，實現了可見即可測的目的，減輕勞動強度、節省跑尺員跑點的時間，大大提高了作業效率。

（2）一個作業組兩個人就可進行野外作業，一個操作，另一個跑桿進行轉站點的測設。

（3）在溝壑、懸崖等人員無法到達和到達困難的地方，免棱鏡全站儀可輕松地獲取這些地物點的空間位置，從而避免人員的安全問題、并節省時間，提高了工作效率和作業精度。

3.2 地籍測量

常規測距儀或全站儀測量界址點時往往存在棱鏡不能嚴格放置在界址點點位上的問題，常規圓棱鏡從棱鏡中心到棱鏡厚壁厚2.8cm，左右寬各4.5cm。使用常規測量方法進行界址點測量時，很難消除棱鏡厚度或寬度原因帶來的棱鏡不能嚴格放置在界址點點位上產生的方向及距離誤差。使用免棱鏡全站儀進行城鎮地籍調查界址點測量時，完美解決了常規全站儀反射棱鏡不能嚴格放置在界址點位置上的問題，減小了儀器照準誤差和距離誤差，對地籍要素，建筑物、構筑物的測量大大提高了測量效率，減少了設站次數，既節省了人力和時間，又提高了界址點測量精度。

3.3 斷面測量

3.3.1 隧道斷面測量

隨著鐵路電氣化的普及，傳統隧道斷面測繪方法已經不適應鐵路的發展（要在接觸網停電時才能進行隧道斷面測繪）。免棱鏡全站儀可以較好地解決這些問題：將其直接架設在隧道內任意一根鋼軌上，利用該儀器的激光對中和電子整平功能精確安置好儀器，轉動望遠鏡直接用可見激光束照射所測點位，即可測出點的平距和高差望遠鏡旋轉一周即可測出既有隧道斷面的點位數據，通過現場筆記本電腦繪圖可以直接看出隧道變形情況。如廣州地鐵1號線隧道整治工程隧道斷面測量，在供電接觸網不停電、不影響正常行車的情況下實施了測量作業，全部隧道斷面測量作業過程共測斷面20個，累計用時1h，測量人員為3人所測隧道斷面數據真實、細膩和準確，保障了設計工期。

3.3.2 工程斷面測量

在視野開闊、山勢陡峭、無茂盛植被地區，尤其是地形陡峭險峻地段，作業人員攀爬會造成極大的安全隱患，這種情況下免棱鏡全站儀的優勢體現的更為明顯。在某道路工程線路橫斷面測繪過程中，經常將免棱鏡全站儀架設在溝谷的對岸來對陡峭的地貌進行斷面測量。測量方法是將儀器架設在視線開闊處，將棱鏡對中桿安置于線路中心對應斷面里程處，設置好儀器，利用全站儀免棱鏡測距功能結合全站儀內置對邊測量應用程序，直接瞄準所測目標點的位置，測出目標點離線路中心的距離和高程，在現場用筆記本電腦進行斷面圖繪制。斷面測量過程中充分發揮了全站儀免棱鏡測距功能，減輕了作業人員的勞動強度和作業危險性，提高了測繪速度，縮短了外業作業時間，取得了明顯的經濟效益。

4 結束語

綜上所述，使用免棱鏡全站儀在工程中測量，不但能夠有效保障監測人員的安全，而且還能保障作業的精度和工作效率。文章首先闡述了免棱鏡全站儀的測量原理及其特點，然后從實際出發，探討了對免棱鏡測量技術在工程測量中的應用，旨在提高工程測量技術水平。

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TU198+.2

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2016-10-24