免棱鏡全站儀在特殊工程中的應用

姚德龍

（山西國辰建設工程勘察設計有限公司 山西陽泉 045000）

1 概述

隨著科技的不斷進步，免棱鏡全站儀也得到迅速發展，免棱鏡的視距也由初期的幾十米發展到當前的1000m以上，給測繪工作帶來了極大的方便，大大減輕了測繪工作者的勞動強度，提高了工作效率，目前市面上流行的長距離免棱鏡全站儀主要有徠卡1200系列、拓普康GPT-3000LN系列和天寶5600系列，本文實際案例中所使用的全站儀為拓普康GPT-3002LN。GPT-3002LN有雙光學系統在無棱鏡模式下是窄光束測量，能確保瞄準點正好是被測點。

2 免棱鏡全站儀測距原理及特點

2.1 免棱鏡全站儀測距原理

免棱鏡全站儀測距方法有兩種，即脈沖法和相位法。通常在相同條件下，脈沖法的測程遠，相位法的精度高。脈沖法用測量時發射和接受信號之間的時間間隔來計算距離，多次測量得出平均距離。相位法使用連續信號，以不同的頻率來調制載波信號，測出發射和接收信號之間的相位差，從而求出被測距離。傳統的測距儀，大都用發光管（LED）作為信號源，新型測距儀的信號源為激光管，這樣可以提高發射功率，保證免棱鏡測距時的測程和測距精度。相位法測距用的測量光束很細，因此能準確地分辨出非常近的相鄰點。脈沖式免棱鏡測距不需要很強的激光功率，但其精度相對較低。

2.2 免棱鏡測量的特點

（1）在一些通視條件良好，反射介質好的情況下，只需選好測站位置，就可以對所要測量的對象快速測量，而不需要等跑尺員去豎立棱鏡才可以測量，大大提高了工作效率，也減輕了跑尺員的勞動強度。

（2）免棱鏡測量適用于測量人員難以到達且反射介質好的地形地物測量，如懸崖，陡坎，房角以及對人體有危害的地方。

（3）免棱鏡測量應避免反射介質過亮或者過暗，這兩種情況都會影響測量速度，甚至會測不出數據。

（4）免棱鏡測量邊緣點時要使光斑全部落在反射目標所在的平面內，從而避免因其他物體反射而降低測量精度。

3 特殊工程中免棱鏡全站儀的應用優勢

3.1 免棱鏡全站儀在地形測繪中的應用

我們在進行地形測量工作的時候，經常會碰到有些跑尺員難以接近的部分點位，比如要測量一塊魚塘的面積，或者位于魚塘中間的通訊線桿，或者對長年流水河道進行測量，亦或是一些懸崖峭壁，依靠跑尺測量基本上就是不可能完成的任務，而且對測量人員的人身安全也有很大隱患，利用免棱鏡全站儀只需要把儀器架設在合適的位置，就可以對所需的地形地物進行測量。

在一些大型露天礦的地形測量中，其測區面積都比較大，而且開挖比較復雜，出現許多懸崖峭壁，邊坡也可能不穩定，用傳統的跑尺測量，不但工作效率低，勞動強度大，而且對測量人員的人身安全也沒有保障。這時候利用免棱鏡全站儀進行測量，就會有事半功倍的優勢，拿拓普康GPT-3002LN 全站儀來說，其測角精度：±2″，測距精度：±（3mm+2ppm），測程：3km（單棱鏡）、250m（NP）和1200m（LNP）。只需要選擇合適的測站點，幾乎就可以覆蓋整個測區，工作效率大大提高，而且不需要跑尺員，消除了人員安全隱患，降低了勞動強度。

3.2 免棱鏡全站儀在線高測量中的應用

2017年12月受某設計單位委托，需對一排矸場進行地形測量，因場地中間有一趟高壓線橫跨整個排矸場，考慮到高壓線的對地高度，設計人員要求測量出其絕對標高。實際工作中利用免棱鏡全站儀很容易就可以測出高壓線的絕對標高，也檢查確認無誤后提交給設計人員。但是2018年7月施工單位進場后測量發現線高不符，我們對其進行了復測，兩次測量高程數據對比如表1所示。

表1

把兩次測量數據繪制成縱斷面如圖1所示，在確認兩次測量均沒有差錯的情況下，通過對電力部門人員的咨詢，查閱資料，才找出造成這樣結果的原因主要是由于電力線的熱脹冷縮，2017.12測量時的溫度大概在-8℃，2018.7的溫度已經達到30℃，而且1#、2#線塔的檔距達到300m，熱脹冷縮對導線的影響就非常大了。通過這個案例，我們也總結出了免棱鏡在線高測量需要注意的事項：①線高測量成果里一定要備注熱脹冷縮可能對結果造成影響。②用免棱鏡測量線高設站時最好選在導線背景透天的地方，以防導線擺動而測到其他地方。③測量時不要距離導線太遠，由于導線比較多，一定要仔細辨認需要測量的線，以防測錯。

圖1

3.3 免棱鏡全站儀在變形測量中的應用

在一些變形測量中，大多數情況都是測區地質條件不好，或者發生泥石流、塌方等情況，這時候利用免棱鏡全站儀測量就有很大的優勢。如圖2所示，由于雨季暴雨原因，鐵塔附近的邊坡發生滑坡，鐵塔發生傾斜、形變，需要對其進行變形監測，滑坡比較嚴重，觀測人員無法靠近鐵塔測量，通過實地勘察，我們在鐵塔對面選取了地質條件非常好的A、B兩點作為觀測基準點，每次只需在B點架設儀器，采用極坐標法測出鐵塔的三維坐標即可。我們選取了上中下三層進行測量，分別測出圖中1～9號點的三維坐標，通過每次對比對應點的坐標變量，可以很直觀的反應出鐵塔的上中下各個部分的形變情況。此案例中充分發揮了免棱鏡全站儀測量的優勢，不但保證了測量人員的人身安全，而且高效、準確無誤的完成了測量任務。

圖2

4 結束語

免棱鏡全站儀在一些特殊環境、危險環境下的測量有著非常大的優勢，解決了傳統全站儀無法解決的問題，不但使測繪人員的作業強度和危險性大大降低，而且提高了工作效率，有的工程甚至單人就可完成，測量精度也大大提高。但是免棱鏡全站儀測量也有它的不足，比如房角這樣的邊緣點，如果不仔細瞄準，很可能測到其他物體上，儀器與所測目標之間必須通視，儀器耗電量比較大等問題，但這些都無法掩蓋免棱鏡全站儀測距速度快、測程遠、效率高、使用范圍廣、安全性能高等優勢。