免棱鏡全站儀在日照時長測量中的實踐應用

高應龍

1 免棱鏡全站儀測量技術原理及其適用范圍

1.1 免棱鏡測量技術原理

免棱鏡測量技術基于相位法原理，可以對所測量目標直接進行激光打點，完成測量作業。但是免棱鏡測量所測目標的反射介質滿足免棱鏡測量的條件即可。運用免棱鏡進行測量作業時，可以根據全站儀距離所測目標的距離和所測目標點的反射介質條件判斷運用免棱鏡短距離(N)還是長距離(LN)進行測量。與有棱鏡測量比較，其優點是只要測量目標點條件滿足免棱鏡測量的條件(全站儀距離目標物距離、反射介質)即可運用全站儀免棱鏡測量功能準確的測量目標點的三維坐標。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，以突出免棱鏡測量的優點及在測量工作中的效率的突出體現。

1.2 免棱鏡測量特點及適用范圍

1)免棱鏡測量技術適宜測量目標點必須裸露在外。2)免棱鏡測量適用于通視條件較好的，沒有遮擋物如所測目標前有樹枝及樹葉遮擋等。若有遮擋物在條件允許的情況下對遮擋物進行處理，以便觀測，否則要改用棱鏡測量或者將儀器轉站之后滿足免棱鏡測量條件再進行測量。3)實測過程中不要對反射介質條件較差不滿足免棱鏡測量，重復進行測量，以免損壞儀器。4)注意不要將激光束射向似鏡式表面，如汽車倒車鏡、冰面及公路拐彎處的凸面鏡等。5)免棱鏡適用于測量人員難以到達且需要進行測量的目標，如懸崖、房屋、陡坎、高壓線高及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，在被反射介質較暗、吸光性較強的地表流水河流結冰等反射條件不好的地方則需切換為有棱鏡測量。7)免棱鏡測量適用于存在對人體有危害的有劇毒的化工廠等的測量。8)免棱鏡測量耗電量較大，在進行測量作業時，一定要準備有充足的電池。9)免棱鏡測量具有高效率、高質量、高精度、高安全的四高特點，同時可以降低測量人員的勞動強度。

2 運用拓普康免棱鏡3005N/LN實踐測量

2.1 拓普康免棱鏡3005N/LN的特點

拓普康免棱鏡3005N/LN是一款長距離、高精度、具備多種功能的操作簡便攜帶方便的全站儀。拓普康免棱鏡3005N/LN有兩個光路系統，即棱鏡和免棱鏡兩個獨立的光路系統，且免棱鏡狀態下有短距離(N)和長距離(LN)測距功能，在實際測量工作中根據測區范圍大小、全站儀距離測量目標點的距離及測量目標點反射介質條件進行選擇運用短距離測量或長距離測量。無論使用短距離或長距離測量功能時，都可以打開激光跟蹤功能，激光可以直接射到所測目標點，使測量人員可以清晰的辨別出所測地形、地物點，從而判斷出其的準確度。免棱鏡狀態下打開激光可以提高測距速度，短距離免棱鏡測量是代開激光跟蹤功能使得出數速度達到1.2 s/點。同時拓普康免棱鏡3005N/LN提供了直觀的界面、高效的數字管理模型、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1 200 m，側邊精度為:1.5 m～25 m時±(10 mm)m.s.e;免棱鏡 25 m 以上時 ± (5 mm)m.s.e;免棱鏡超長模式±(10 mm+10 ppmxD*)m.s.e;有棱鏡時 ± (3 mm+2 ppmxD*)m.s.e，測角精度為 2″。

2.2 拓普康免棱鏡3005N/LN實踐測量

樓房采光時長測量:利用任意固定點對目標進行由高到低(或者由低到高)的三維測量。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，標定出各個測量目標點的坐標數據，生成相應的數字化成果圖，根據各個時間段樓房采光日照與陰影分界線判斷樓房采光情況。

預制廠西樓日照時長運用免棱鏡全站儀拓普康3005N/LN測量結束后，除了出觀測成果分析圖外，還附有對樓房日照時長數據分析成果表，從數據成果表可以清晰的得知各個單元各個住戶以及采光最弱的一層住戶在冬至日當天采光時長為156 min，日照時長超過2 h，不存在采光弱及采光時長不足現象。其日照觀測時長數據分析表見表1。

2.3 免棱鏡測量精度分析

全站儀距離西樓正立面距離較近，采用免棱鏡短距離測量，其免棱鏡測量技術作為測繪界的一項新技術應用于生產，其精度是否滿足測量需求，是測量人員最關心的問題。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因素，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。日照分析測量中圖形誤差較為準確，精度較高，數據分析中時間誤差為0.5 h。

2.4 免棱鏡測量存在的問題以及解決辦法

免棱鏡測量雖然具有高效率、高質量、高精度、高安全四高優點，但同樣存在一種與測量外界條件的適應問題，有的時候是儀器不能改變的外界自然條件。比如冰雪介質面，煤塵介質面等，所以倘若將儀器免棱鏡光路系統進行改進，能適應這些(冰雪介質面、煤塵介質面等)外界已有不好改變的外界自然條件，且能滿足精度要求，那將更能提高工作效率、減輕勞動強度、保證測量成果資料質量及精度要求，將對于測量人員來說會提供更方便的觀測條件。因此通過免棱鏡進行日照測量之后，對全站儀的改進提出一點改進意見:

1)全站儀免棱鏡測量所適應的反射介質面的適應能力改進;2)在此基礎上且使測點速度不降低;3)在測點速度不降低基礎上，是否可以再加一個測點加速器，這樣的話免棱鏡全站儀將是更先進的一流的測量設備。

3 結語

通過對預制廠西樓日照時長測量，我們明顯體會到免棱鏡測量的優越性，以及在測量工作中的測量設備的先進性。同時還可以將免棱鏡測量前景運用于輸電線路線高測量、樓房高度的懸高測量、河流寬度的對邊測量、免棱鏡放線等。

總之，免棱鏡全站儀在測量工作中發揮著不可估量的優勢作用，是有棱鏡測量不能具有的，同時隨著測繪事業的發展壯大，免棱鏡測量將會更多的適用于測量工作。

[1]許 飛.全站儀在城市測量中的應用[J］.山西建筑，2010，36(15):364-365.