免棱鏡全站儀在傾斜觀測中的實踐應用

張世強 高應龍

1 無棱鏡測量技術原理及其適用范圍

1.1 無棱鏡測量技術原理

免棱鏡測量技術基于相位法原理，全站儀發出的激光束極為微小，它可精確地打到目標上，保證精度較高的距離測量。與有棱鏡測量相比較，其優點是只要測點的反射介質滿足免棱鏡測量的條件，就不需要在測量點位上置放棱鏡，即可精確的測定出該點的三維坐標。使用柯達灰度標準卡，其半徑可達180 m，它具有可見的紅色激光斑以及微小的光束直徑。為了達到出色的標準和基于考慮測量人員的身體安全的效果，采用最安全的一級激光，確保了免棱鏡測量勝任于任何測量工作。對于測量人員提高作業效率來說是非常有利的。

1.2 免棱鏡測量技術特點

1)免棱鏡測量技術適宜測量反射面裸露的測點高程，在巖石、公路、旱地、等視線的地形、地物點高程。2)免棱鏡測量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出的是障礙物的坐標、高程。3)注意不要將激光束射向似鏡式表面，如汽車倒車鏡與公路拐彎凸鏡等。4)施測過程中不要長時間通過目鏡觀測反射地物，避免陽光直射儀器鏡頭，以免眼睛受傷。5)免棱鏡測量適用于人員難以到達、反射介質好的地形地物測量，如懸崖、房屋、陡坎、獨立方位物和有化學毒素的地物等。6)免棱鏡測量適用于通視條件好、反射介質好的地方，在被照射介質較暗、吸光性太強的地表流水等反射條件不好的地方不宜使用免棱鏡測量。7)免棱鏡測量適應于測繪人員難以到達的目標點，如有劇毒的化工廠制造與存儲區、高邊坡塌方泥石流、陡峭石壁地區等。8)免棱鏡測量要耗費較大的電源，要保證在野外作業時帶上充足的電源，必要時配置外掛電源。9)實現了單人操作測量，節省了時間和降低了外業人員勞動強度，同時對提高外業工作人員的安全強度也產生了積極的影響。

2 拓普康3002N/LN的特點及施測過程

2.1 拓普康3002N/LN的特點

拓普康3002N/LN是一款超長測程、高精度、具備多種功能且操作簡單的全站儀。有兩個光路系統，即棱鏡和免棱鏡兩個獨立的光路系統，且免棱鏡狀態下又有長距離免棱鏡測量和短距離免棱鏡測量。由于具有長距離和短距離的免棱鏡測距功能，在實際測量過程中可根據測區范圍的大小、測量距離的長短選擇使用長距離測量功能或短距離測量功能。在使用短距離和長距離免棱鏡測量時，可以打開激光跟蹤功能，激光可以直接射到被測的地物點上，使測量人員用肉眼就可以清晰的辨別出所測的地形、地物點，從而可以判斷出測量的準確度。免棱鏡狀態下打開激光還可以增強出數速度，在短距離免棱鏡測量時，打開激光可以使得儀器出數達到1.2 s/點。同時拓普康3002N/LN提供了直觀的界面、高效的數字管理器、機載程序，如測量、設站、鉆孔、平洞放樣、地質測繪點位選擇變得甚為靈活。免棱鏡測量技術具有抗干擾目標的能力，確保測量成果的可靠，免棱鏡測程最遠可達到1 200 m，測邊精度為:無棱鏡 1.5 m～25 m時±(10 mm)m.s.e;無棱鏡25 m以上時±(5 mm)m.s.e;無棱鏡超長模式±(10 mm+10 ppmxD*)m.s.e;有棱鏡時±(3 mm+2 ppmxD*)m.s.e，測角精度為±2″。無棱鏡模式下為地窄光束測量;有棱鏡模式下為地寬光束測量。

2.2 應用簡介

1)大樓墻體傾斜測量。其實施的過程是:利用任意固定點對目標進行由高到低(或者由低到高)的距離測量。采集到測量數據后，通過南方CASS繪圖軟件將數據傳輸到計算機里。數據傳輸時，注意將YXZ的順序變換成ZYX，將測量記錄的平距替換成X，分組測量數據并展點成圖，標定出各個目標物的傾斜數據，生成相應的數字化成果圖，根據目標物的水平距離的差值即可判斷出目標物的傾斜程度，圖1是2006年9月14號對陽泉集團二礦菜洼14號樓房的傾斜觀測成果圖(觀測精度5 mm):從觀測成果圖中可以清楚的看出樓房的傾斜程度。

2)煙筒傾斜測量。山西兆豐鋁冶電解鋁分公司一期技改項目車間在2009年9月底發現大規模的沉降現象。我公司隨即于2009年10月6日開始全面的沉降觀測。針對70 m高聳的煙筒，我們采用相對坐標系統，用全站儀的免棱鏡測量功能分別測量煙筒底部和頂部的任意4個～6個碎部點，通過南方CASS繪圖軟件將數據傳輸展繪到計算機里，求取兩圓心的偏差，利用測量部位的高差，計算出煙筒的傾斜數據，生成相應的數字化報表圖，實際的報表圖見圖2。

2.3 短距離免棱鏡測量的誤差分析

免棱鏡測量技術作為測繪界的一項新技術應用于生產，其精度如何是人們最關心的問題。為此我們在視野開闊、反射介質較好的地方在RL狀態用免棱鏡采集數據。對一般物體的觀測其氣象改正、加乘常數改正、傾斜改正、投影改正都非常小，其影響可忽略不計，影響最大的誤差是儀器本身的固定誤差和目標物的標識。因此在短距離的測量中，一般測距長度要大于25 m，對測量的精度起著重要的作用，在高精度的測量中，要考慮采用測距標稱精度較高的免棱鏡全站儀，以保證測量的準確性。

2.4 存在的問題與對策

免棱鏡測量技術雖然有多方面的優越性能，但不是萬能的，特別對野外各種不同的觀測條件，儀器不可能改變它，也不可能完全適應野外的條件。因此作業人員應充分了解此新技術的特性，采取必要的措施，揚長避短，才能更好地發揮其先進技術設備的優勢，取得良好的觀測成果。通過測繪實踐，我們提出如下兩條改進建議:1)針對免棱鏡測量受障礙物限制，容易造成實測目標物錯誤的情況，視線離開障礙物最好在1.5 m以上。2)為避免測量操作中眼睛被激光輻射傷害，在光線較暗時建議打開激光束“照準”系統。

3 結語

通過對二礦菜洼14號樓傾斜觀測等工程的實踐，我們深刻體會到免棱鏡測量技術在測繪行業是有很廣闊的應用前景。尤其是在地形圖測繪、線高測量、距離測量、放線測量等等測繪工作中都可以發揮其作用，它不僅解放了生產力，增強了測繪人員的安全性(困難和危險處)，而且極大地提高了勞動效率。隨著測繪科學技術的進一步發展，測繪工作將變得更準確、輕松、快捷。

[1] GPT-3000LN用戶手冊，北京拓普康商貿有限公司[Z].