無棱鏡全站儀測量技術(shù)在斷面測量中的應(yīng)用

山東省菏澤市測繪研究院 山東菏澤 274000

摘要：斷面測量工程是工程測量中的一個(gè)重要方面，在工程建設(shè)中，有著重要的作用，做好斷面測量工程，無棱鏡全站儀能夠起到很好的作用。本文根據(jù)無棱鏡全站儀測量技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合其在斷面測量中的應(yīng)用，探討使用方法，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：無棱鏡全站儀；斷面測量；道路縱；橫斷面測量

引言

當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)的高速發(fā)展及應(yīng)用，極大推動(dòng)了測繪事業(yè)技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展，現(xiàn)代化的工程施工，越來越依靠測繪技術(shù)現(xiàn)代化的支持。傳統(tǒng)測繪技術(shù)已被測繪數(shù)字化、信息化取代，模擬白紙測圖方式、光學(xué)經(jīng)緯儀已被淘汰。取而代之的是全站儀、電子水準(zhǔn)儀、衛(wèi)星導(dǎo)航、電子繪圖儀。現(xiàn)代化測繪儀器的普及和應(yīng)用，加快了測繪作業(yè)進(jìn)度，提高了測繪成果的精度，增加了社會經(jīng)濟(jì)效益。無棱鏡全站儀測量技術(shù)的應(yīng)用，就是很好的例證。無棱鏡全站儀與全站儀相比，具有一定的優(yōu)越性，不僅能提高作業(yè)效率，而且能減少一司鏡人員，節(jié)約了人力。全站儀在作業(yè)時(shí)，凡是司鏡人員不能達(dá)到的地方無法安設(shè)棱鏡時(shí)，就不能采集數(shù)據(jù)，而無棱鏡全站儀完全克服了此類缺陷，能快速采集數(shù)據(jù)。本文根據(jù)無棱鏡全站儀測量技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合其在斷面測量中的應(yīng)用，探討使用方法，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

1 無棱鏡全站儀概述

1.1無棱鏡全站儀簡介

無棱鏡全站儀，是在原傳統(tǒng)全站儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的全站儀，不同的型號其作用略有差異，但是基本功能大致相同，都具備測角、測距、電子熒屏顯示、微電腦處理器、存儲記憶等功能，能把所測傾斜距離改化為水平距離、高差、平面坐標(biāo)等結(jié)果。傳統(tǒng)全站儀測距，須有協(xié)作目標(biāo)，也就是反光直角棱鏡，或者反射片，棱鏡或反射片把從全站儀發(fā)出的光，反射回全站儀進(jìn)而測出距離。無棱鏡全站儀基本原理與全站儀大致相同，發(fā)射光束，反射和接收光束。無棱鏡全站儀測距時(shí)不需要協(xié)作目標(biāo)，而是把儀器射出的管束，直接打在自然物體的表面，光束經(jīng)自然物體表面漫反射后被儀器接收測出距離。然后經(jīng)全站儀微處理器處理，得到不同的數(shù)據(jù)。

無棱鏡全站儀因?yàn)椴恍枰獏f(xié)作目標(biāo)，因此能夠在一些危險(xiǎn)的地方、人員不能到達(dá)的地方廣泛應(yīng)用，這樣不僅作業(yè)強(qiáng)度得以降低，而且危險(xiǎn)性也大為降低，同時(shí)又能有效保護(hù)被測目標(biāo)的穩(wěn)定性、完整性。

1.2 無棱鏡全站儀精度分析

無棱鏡全站儀測角精度，與傳統(tǒng)全站儀相同，不同之處在于測距精度。其誤差來源主要有儀器本身測距精度、氣象條件（主要是溫度、氣壓、空氣透明度等外界條件）、被測物體的反射性能等。由于本文寫作時(shí)沒有足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，只能根據(jù)誤差理論進(jìn)行初步探討，不能定量分析。由于無棱鏡全站儀無協(xié)作目標(biāo)，其測距精度必然受被測物體反射離散程度的影響，同時(shí)受被測物體到全站儀距離的影響。本文從無棱鏡全站儀測量的少量數(shù)據(jù)來看，反射物體穩(wěn)定性減弱，其觀測數(shù)據(jù)的方差增大，反射物體具有足夠的穩(wěn)定性，其測距精度影響不大。隨著被測物體距無棱鏡全站儀距離的增加，測距精度會降低。目前來看，無棱鏡全站儀測距一般在300米左右，精度在毫米級，能夠滿足測量精度要求求。

1.3 無棱鏡全站儀使用中的問題

無棱鏡全站儀在使用過程中，和全站儀基本相同，要根據(jù)其功能的不同，使用前測定作業(yè)環(huán)境的溫度值、氣壓值，把溫度值、氣壓值輸入全站儀進(jìn)行溫度和氣壓的自動(dòng)改正。作業(yè)環(huán)境溫度值的大小，使用圓盒氣壓計(jì)測定，作業(yè)環(huán)境溫度，用溫度干濕計(jì)測定。溫度和氣壓單位，根據(jù)儀器的功能不同，采用儀器要求的規(guī)定單位。否則，就會人為造成精度降低或粗差。

無棱鏡全站儀在進(jìn)行測量時(shí)，要注意儀器和被測物體之間是否有移動(dòng)物體出現(xiàn)，觀測人員注意力要集中，否則，在儀器和被測物體之間有移動(dòng)物體出現(xiàn)，而觀測人員沒有發(fā)現(xiàn)，就會造成測量數(shù)據(jù)失真。這一點(diǎn)，是與全站儀的最大足區(qū)別，全站儀沒有棱鏡不測距，只有在有棱鏡的情況下才能測量，有移動(dòng)物體遮擋，測不出數(shù)據(jù)，不造成數(shù)據(jù)失真。觀測人員要根據(jù)不同的測量環(huán)境，注意不同的移動(dòng)物。在城區(qū)測量，要注意行人、車輛等遮擋，在城區(qū)外田地或河道、道路測量，不僅要注意行人、車輛，還要注意風(fēng)力的影響，風(fēng)吹樹搖葉動(dòng)時(shí)，遮擋測量。

無棱鏡全站儀雖有優(yōu)點(diǎn)，但是缺點(diǎn)也不可忽視，就是儀器受移動(dòng)目標(biāo)影響大，稍不注意，就出現(xiàn)錯(cuò)誤。為防止此類錯(cuò)誤出現(xiàn)，儀器測距瞬間，觀測人員要精力集中，確定測距時(shí)無遮擋物，不注意的話，采集的數(shù)據(jù)失真，影響觀測結(jié)果。

在使用無棱鏡全站儀時(shí)，要根據(jù)天氣情況，給儀器打傘，不能把儀器曝露在烈日下，儀器不能受潮，要防止雨水浸入。如果儀器曝露在烈日下，不僅會降低儀器測量精度，長期這樣下去，還會減少儀器使用壽命。

2 斷面測量原理

2.1 斷面要求和斷面數(shù)據(jù)

在道路、河道、水渠、管線等工程中，設(shè)計(jì)人員需要知道沿工程方向的地面起伏狀態(tài)，然后根據(jù)起伏狀態(tài)設(shè)計(jì)工程的要素，這就是縱斷面。與縱斷面垂直的斷面，在一定范圍內(nèi)起伏的地面狀態(tài)，就是橫斷面，橫斷面起伏的數(shù)據(jù)要素，同樣是設(shè)計(jì)人員需要的重要數(shù)據(jù)。縱、橫斷面的測量，實(shí)際就是測定其縱、橫線平面位置和高程，進(jìn)而繪制縱、橫斷面圖，提供給工程技術(shù)設(shè)計(jì)人員。

2.2 無棱鏡全站儀測量

使用無棱鏡全站儀，測出一點(diǎn)的平面位置、高程，繼續(xù)沿縱、橫向線測出其他點(diǎn)的位置和高程，然后經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，從而繪出斷面圖。在測量時(shí)，一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，利用無棱鏡全站儀功能直接測出，儀器自動(dòng)記錄。測量高程時(shí)，要進(jìn)行一定的操作。無棱鏡全站儀高程測量，實(shí)際上就是三角高程測量。三角高程測量公式為：

h=D*tga+k-l，①

Hb=Ha+h ②

上式中，是由某個(gè)已知高程點(diǎn)a，在a點(diǎn)上安置儀器，觀測另一個(gè)未知點(diǎn)b，①式是計(jì)算兩點(diǎn)高差，D是兩點(diǎn)之間的水平距離，k是a點(diǎn)儀器高，l是未知點(diǎn)b上的覘標(biāo)高，h是兩點(diǎn)高差，tga是觀測時(shí)測得的豎直角正切值，②式是高程計(jì)算公式。根據(jù)無棱鏡全站儀的功能可知，覘標(biāo)高為零，D*tga則由無棱鏡全站儀直接測出，儀器高k用小鋼尺直接量出，輸入儀器，則未知點(diǎn)高程直接測出，儀器自動(dòng)記錄。

3 道路縱、橫斷面測量

道路工程，主要有鐵路、公路、簡易路工程，一般主要指鐵路和公路。鐵路工程中縱、橫斷面測量主要是選線時(shí)進(jìn)行，公路縱、橫斷面測量主要是選線新建和改造時(shí)進(jìn)行。部分道路工程在竣工驗(yàn)收時(shí)，也進(jìn)行縱、橫斷面檢測量。本文中以公路縱橫、斷面測量為主，敘述無棱鏡全站儀測量技術(shù)具體應(yīng)用。公路工程經(jīng)有關(guān)部門可行性研究后組織實(shí)施，一般是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上頂線，然后到實(shí)地進(jìn)行定線。道路中線實(shí)地定放后，即可進(jìn)行縱、橫斷面測量。一般的縱橫斷面可以分開進(jìn)行，也可以同時(shí)進(jìn)行，本文以分開的方式進(jìn)行敘述。

3.1道路縱斷面測量

在進(jìn)行縱斷面測量前，要收集道路工程區(qū)域內(nèi)的控制在資料、道路中心線定測情況、道路中樁具體位置。根據(jù)道路等級要求，確定施測精度。也可根據(jù)道路工程總體技術(shù)要求規(guī)定執(zhí)行設(shè)計(jì)要求精度。無論哪種情況，都要確保測量精度的可靠性。

根據(jù)收集掌握道路工程范圍內(nèi)各類控制點(diǎn)布設(shè)情況及精度，判斷控制點(diǎn)密度和精度是否滿足縱斷面測量要求，如果不能滿足縱斷面測量要求，應(yīng)根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)，布設(shè)施測加密控制點(diǎn)。當(dāng)工程區(qū)域內(nèi)控制點(diǎn)能夠進(jìn)行測量時(shí)，就可開始測量。根據(jù)道路中心樁之間的距離以及地形情況確定是否加樁，一般的平坦地區(qū)，30至50米一個(gè)中心莊，地形起伏較大，要根據(jù)起伏情況，在地形變換處增加中樁，中樁點(diǎn)的密度，以能正確反映道路中線地形起伏為準(zhǔn)。儀器觀測員在已知點(diǎn)上安置無棱鏡全站儀后，用小鋼尺量取儀器高至毫米，根據(jù)儀器功能輸入儀器高，輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)、高程數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)地測量的溫度、氣壓值，按要求輸入儀器。如果不能現(xiàn)場測量氣壓、溫度，也可根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)查詢當(dāng)天溫度、氣壓值。轉(zhuǎn)動(dòng)儀器瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)定向，用另一個(gè)已知點(diǎn)做檢查。記錄員要根據(jù)要求，對上述有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并檢查，記錄檢查無誤后，核對檢查結(jié)果，是否符合要求后，進(jìn)行測量。觀測員瞄準(zhǔn)首個(gè)觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，儀器自動(dòng)記錄，保存數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，同法施測下一個(gè)觀測點(diǎn)，直到本測站結(jié)束，結(jié)束前，利用已知點(diǎn)進(jìn)行檢查。同法進(jìn)行下一站觀測，直至觀測結(jié)束。這樣觀測的數(shù)據(jù)，就是每個(gè)中樁點(diǎn)的三維值，觀測時(shí)，要瞄準(zhǔn)中樁地面位置，不要瞄準(zhǔn)中樁上部，不然就不是該點(diǎn)的地面位置了。外業(yè)結(jié)束后，從全站儀上下載觀測數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成縱斷面圖的繪制。

3.2 道路橫斷面圖的測量

道路橫斷面圖的測量，和縱斷面圖測量方法一樣，只是橫斷面測量時(shí)，一般不用布點(diǎn)，直接瞄準(zhǔn)測量就行。在進(jìn)行橫斷面測量時(shí)，要注意點(diǎn)的取向，一定要選在縱向的基本垂直方向，不可偏離太大。一般平坦地區(qū)，5至15米一個(gè)點(diǎn)，有起伏時(shí)，地形變換處都要測量。在一個(gè)測站上，可以同時(shí)測量多個(gè)橫斷面點(diǎn)。