一種全站儀在夜間測量的棱鏡搜索方法

方雪昭　王兵　魏吉奧　劉浩然

摘 要：全站儀由于使用方法簡單，測量結果比較全面、準確，被廣泛應用于日常工程測繪過程。但是由于工作環境的影響，全站儀在使用過程中需要適應多種不同的實際工作條件，使用不同的測繪方式進行實際測量工作。本文在總結全站儀已有測量方式的基礎上，通過總結實際西部油田作業區應急測量經驗，針對全站儀夜間測量的不利條件，提供了一種全站儀夜間測量的棱鏡搜索方法。該方法可以應用于全站儀的夜間測繪工作，擴展了全站儀的工作區間。

關鍵詞：全站儀 夜間測量 棱鏡搜索 測繪方法

中圖分類號：TD175 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0119-02

全站儀又被稱為全站性電子測距儀，是一種集水平角、垂直角、距離（斜距、平距、高差）測量、三維坐標測量、導線測量、交會定點測量和放樣測量等多種功能于一體的測繪儀器系統。廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量或變形監測領域。在實際的應用過程中，由于外界氣象復雜多變，常常需要根據外界條件設置相應參數，否則就會影響全站儀測量精度。全站儀在夜間測量時，由于難以找到棱鏡位置，不易測量。陳振宇在《一種可夜間使用的測繪專用塔尺》中介紹了一種有利于夜間測試使用的尺子，但是對夜間待測位置的高程進行測量[1]；鮑俊雄在《一種夜間快速定位全站儀棱鏡裝置》中對于棱鏡設置了警示燈等指示標志，下側設置了LED顯示板，對于夜間全站儀尋找棱鏡起到了很大的幫助[2]，但是花費較高，不利于實際應用。因此，尋找一種能夠使全站儀在夜間進行測量的簡便方法，對于全站儀進行夜間測量工作具有重要意義。

1 夜間測量存在的技術問題

全站儀在白天進行測量時，人眼能夠觀測到全站儀的大致方向，通過全站儀上方的瞄準星能夠將全站儀目鏡調整到與目標位置棱鏡大致共同的方向，再通過調整目鏡上下左右的方向，使得棱鏡中心的十字架能夠被目鏡觀測到，從而進行準確測量。但是在夜間進行測量時，棱鏡不能被人眼捕捉，同時通過全站儀找不到棱鏡位置，因此不能用全站儀進行夜間測量。如何通過人眼尋找棱鏡位置，利用全站儀尋找棱鏡中心的十字架并進行測量，成為夜間測量中的主要技術問題。

2 全站儀夜間測繪原理

全站儀的測繪主要是利用類似于望遠鏡的裝置，實現了視準軸、測距光波的發射、接收光軸同軸化。即在望遠物鏡與調焦透鏡間設置分光棱鏡系統，通過該系統實現望遠鏡的多功能，既可瞄準目標，使之成像于十字絲分劃板，進又可進行角度測量。同時其測距部分的外光路系統又能使測距部分的光敏二極管發射的調制紅外光在經物鏡射向反光棱鏡后，經同一路徑反射回來，再經分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；為測距需要在儀器內部另設一內光路系統，通過分光棱鏡系統中的光導纖維將由光敏二極管發射的調制紅外光傳也送給光電二極管接收，進而由內、外光路調制光的相位差間接計算光的傳播時間，計算實測距離；全站儀特有自動補償系統，可對度盤讀數中造成的測角誤差自動加以改正，使得全站儀的測量結果更加準確。全站儀在夜間進行測量時，由于不能通過目鏡找到棱鏡，因此光敏二極管發射的紅外光線不能確定棱鏡位置，光路信息不能返回，被光電系統接收裝置接收，因此難以對目標點進行測量，不能開展夜間測量工作。只有棱鏡的信息能夠被全站儀捕獲，光敏元件發射的光電信號才能夠通過棱鏡進行反射，被全站儀中被捕捉，通過分析相位、計算傳播時間，才能得到需要的角度、距離和坐標等信息。

3 夜間棱鏡搜索方法

本研究通過總結以往測量經驗，發現只要能通過全站儀找到棱鏡十字架的中心，全站儀發射的信號能夠被棱鏡反射回來，全站儀就能夠進行精準測量。因此我們設計了如圖1所示的簡易裝置。

該裝置將棱鏡用LED燈圈包圍，在夜間進行緊急測量任務時，可以通過供電設施，讓燈圈自動發光，將棱鏡清楚的顯示出來。先由人確定全站儀測量的大致反向，再由全站儀找到棱鏡的中心，然后即可按照測量需要進行不同的測量工作。

將棱鏡外側的LED圈帶布設成為圓形的燈帶，主要考慮兩個方面的內容：一是在同等材料的情況下，圓形能夠布設更大的表面積，光源更加醒目，能夠使全站儀更快的找到棱鏡的中心位置進行測量；二是在同等面積情況下能夠更加節省原料，更加經濟；三是棱鏡為圓形，圓形LED燈圈能夠與棱鏡更好的結合，不會因連接處孔隙過大影響測量結果。

通過大量的重復試驗，我們發現全站儀在夜間進行測量時，對棱鏡進行燈光處理后，全站儀測量所得到的結果和白天所得到的結果一致。因此全站儀在進行夜間測量時，可以通過在棱鏡外側布設LED燈圈，將棱鏡進行光照處理，此時全站儀能夠更方便的觀察到棱鏡。由此可得在冷靜外側布設LED燈圈，能夠適用于全站儀的夜間測量。

4 全站儀操作注意事項

全站儀屬于精密測量儀器，在使用過程中有很多需要注意的事項：（1）在測量之前檢查儀器箱是否完整，檢查儀器是否一切正常；（2）裝卸儀器時，必須緊握提手和底座，不可握住顯示單元和鏡筒，以免影響內部固定部件；（3）測量結束時應當用干抹布擦拭浮塵，裝箱時各部件應當放置穩妥，合蓋無阻礙；（4）由于金屬易產生震動，全站儀應當盡可能的架設在木質三腳架上，減少震動對儀器的影響，提高測量精度；（5）當測站相距較遠時，一個站點測完需要搬站到另一點時，需要將全站儀整機裝箱，到另一點時進行重新安裝，不能將全站儀直接進行搬運；（6）應當考慮針對不同的棱鏡設置不同的LED燈圈，針對不同的工作條件配備不同的供電系統；（7）應當考慮不同環境情況下供設備對LED燈圈的供電效果影響。

參考文獻

[1] 沈立祥，陳振宇，梁昱，等.一種可夜間使用的測繪專用塔尺：CN201520504893[P].20151118.

[2] 鮑俊雄，劉茂林.一種夜間快速定位全站儀棱鏡裝置CN206656731U[P].2017-11-21.