測量工業煙囪高度的一種新方法

潘益民

(浙江工業職業技術學院，浙江紹興312000)

測量工業煙囪高度的一種新方法

潘益民

(浙江工業職業技術學院，浙江紹興312000)

結合工業煙囪的形狀特點，將煙囪虛擬為兩個不同半徑的同心圓柱，綜合運用全站儀懸高測量功能和圓柱偏心測量功能，提出一種一次架設儀器解決工業煙囪高度測量的新方法，該方法不僅能減少外業工作量，減輕測量人員的外業工作強度，還能得到滿足測量精度要求的數據，對實際工程測量有一定的指導意義。

高度測量;懸高測量;圓柱偏心測量;新方法

一、引 言

全站型電子速測儀(以下簡稱全站儀)，是由電子測角、電子測距、電子計算和數據存儲單元等組成的三維坐標測量儀器，測量結果能自動顯示，并能與外圍設備交換信息。全站儀除了具備常用的基本測量模式(角度測量、距離測量、坐標測量)，能進行自動測角、測距、測坐標外，還具備一些特殊的測量程序［1］，如可以進行對邊測量(RDM)、懸高測量(REM)、偏心測量、放樣測量、面積計算等，同時具備數據儲存功能、參數設置功能。其精度高、速度快，給測量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，提高了測繪工作的效率和質量。

為了充分發揮全站儀的功能，廣大測繪人員除了要掌握上述測量功能的基本原理外，還應在此基礎上結合工程實際加以靈活運用。不少測量技術人員利用懸高測量功能探索了架空高壓輸電線的測量方法，提出了對向觀測法、兩次儀器高法、前方交會法等，解決了工程建設中的許多問題。但對于工業煙囪等高聳建筑物的高度測量問題，始終沒有找到很好的解決辦法，究其原因是煙囪等工業建筑物底部中心根本無法進入安置反射棱鏡。本文結合工業煙囪的形狀特點，探索綜合運用全站儀的懸高測量功能和圓柱偏心測量功能去解決工業煙囪的高度測量問題，以期更好地發揮全站儀的功能。

二、懸高測量原理

所謂懸高測量，就是測定空中目標點距地面的高度。利用全站儀進行懸高測量的基本原理(如圖1所示)，首先將全站儀安置在地面上的A點，反射棱鏡安置在與被測目標點B同一鉛垂線上的地面點B';然后照準反射棱鏡進行距離測量，再轉動望遠鏡照準目標點B和地面點B'，全站儀便能實時顯示出目標點B至地面點B'的高度H。

顯示的目標高度H，由全站儀內置的計算程序計算

式中，S為全站儀至反射棱鏡的斜距;D為全站儀至反射棱鏡的平距;α1為目標點B的豎直角;α2為反射棱鏡的豎直角;α3為地面點B'的豎直角。

圖1 懸高測量基本原理

三、圓柱偏心測量原理

如圖2所示，P1為直線OPO與儲油罐表面的交點，P2、P3分別為直線OP2、OP3與儲油罐表面的切點。由圖2可知，D、β、D1之間有以下關系

式中，D為測站中心至反射棱鏡的平距;β為圓柱左右兩切點之間的水平角;D1為測站點到圓柱中心之間的平距。

在數據采集模式下的測量界面上，照準儲油罐表面的P1處的反射棱鏡，測量得平距D;然后顯示屏提示進行左邊點P2的角度觀測;最后顯示屏提示進行右邊點P3的角度觀測，則顯示測站點O到儲油罐圓心PO點的HR(方向角)、HD(水平距離D1)、VD(高差)、SD(斜距)。

圖2 圓柱偏心測量原理

四、煙囪高度測量

工業煙囪一般如圖3所示，類似圓臺狀。由于無法在煙囪底部中心安置反射棱鏡，用全站儀懸高測量功能直接法［2］無法測得煙囪的高度，其他間接方法如前方交會法［3］、對向觀測法［4］、兩次儀器法［5］等均需要安置兩次儀器，增加了外業工作量。為此，將煙囪虛擬為兩個半徑分別為R和r的同心圓柱，綜合運用全站儀懸高測量功能和圓柱偏心測量，架設一次全站儀測量出煙囪的高度，步驟如下所述。

1.懸高測量

如圖3所示，在距煙囪一定距離的地面點A處安置全站儀，B點處安置反射棱鏡，在懸高測量模式下，依次照準反射棱鏡、煙囪頂部K點和煙囪底部B，全站儀顯示高度H1，可用式(1)計算，即

此時全站儀顯示的高度H1并非煙囪的實際高度H，從圖3可以看出兩者相差Δ，即

式中，R為煙囪底面圓的半徑;r為煙囪頂面圓的半徑。

圖3 工業煙囪高度測量示意圖

2.利用圓柱偏心測量原理求出煙囪底面

半徑R和頂面半徑r

1)懸高測量結束后，不必搬動全站儀，在數據采集模式下，按照圓柱偏心測量步驟瞄準B點反射棱鏡以及煙囪底部的E1、E，全站儀顯示A點到煙囪底部中心的平距D1，則煙囪底面半徑R可由式(4)計算

2)同上述步驟，瞄準B點反射棱鏡以及煙囪頂部的F1、F，全站儀顯示水平距離D2，需要特別注意的是，水平距離D2為圖3中AO1之間的水平距離(圖中圓柱O1是假想的，其特征是與大圓柱O內切，同時與視線AF、AF1外切，實際并不存在)。由圓柱偏心測量原理式(2)可知

式中，β2為煙囪頂部左右兩切點F1、F之間的水平角。而從圖3的△AFO中可得

由式(5)、式(6)可以得到煙囪頂部半徑為

3.煙囪高度計算

將式(4)和式(7)代入式(3)整理后就得到

12到。特別的，當D2=D1，即μ=1，r1=R=r時，煙囪為圓柱狀，式(9)與式(1)一致，可以用懸高測量方法直接進行。

根據工業煙囪的特點，在實地進行高度測量時，還需注意以下兩點:

1)由于本方法是借鑒圓柱偏心測量功能，因此在利用圓柱偏心測量原理求煙囪底面半徑R和頂面半徑r時，照準目標點E1與E以及F1與F應在同一高度上，左右兩點對稱。

2)測站點A、棱鏡站點B、煙囪中心O三點要在一直線上。

五、結束語

從上述分析可知，對于工業煙囪等高聳建筑物進行高度測量時，要充分利用全站儀的功能，減少外業工作量，減輕測量人員的外業工作強度，得到滿足測量精度要求的數據。與其他方法相比較，本文介紹的方法只要架設一次全站儀就能夠把煙囪的高度精確測量出來，對實際工程測量有一定的指導意義。

［1］ 覃輝.建筑工程測量［M］.北京:中國建筑工業出版社，2007:98-101.

［2］ 趙巧紅，胡立國.全站儀懸高測量的精度分析［J］.煤炭技術，2007，26(8):108-109.

［3］ 周美群，葉慶豐.淺談懸高測量的誤差控制［J］.科技信息，2009(21):268-269.

［4］ 董世遠.利用全站儀對向觀測進行懸高測量［J］.工程勘察，1997(5):59-61.

［5］ 潘益民，黃曼，杜素云.全站儀懸高測量存在的問題及改進方法［J］.測繪與空間地理信息，2010，141(1): 46-47.

A New Method for Industrial Chimney Height Measurement

PAN Yimin

0494-0911(2012)05-0073-03

TU196

B

2011-12-02

潘益民(1964—)，男，浙江新昌人，講師，主要從事工程測量教學與研究工作。