测量工业烟囱高度的一种新方法

潘益民

(浙江工业职业技术学院，浙江绍兴312000)

测量工业烟囱高度的一种新方法

潘益民

(浙江工业职业技术学院，浙江绍兴312000)

结合工业烟囱的形状特点，将烟囱虚拟为两个不同半径的同心圆柱，综合运用全站仪悬高测量功能和圆柱偏心测量功能，提出一种一次架设仪器解决工业烟囱高度测量的新方法，该方法不仅能减少外业工作量，减轻测量人员的外业工作强度，还能得到满足测量精度要求的数据，对实际工程测量有一定的指导意义。

高度测量;悬高测量;圆柱偏心测量;新方法

一、引 言

全站型电子速测仪(以下简称全站仪)，是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量仪器，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息。全站仪除了具备常用的基本测量模式(角度测量、距离测量、坐标测量)，能进行自动测角、测距、测坐标外，还具备一些特殊的测量程序［1］，如可以进行对边测量(RDM)、悬高测量(REM)、偏心测量、放样测量、面积计算等，同时具备数据储存功能、参数设置功能。其精度高、速度快，给测量工作带来了极大的方便，大大减轻了测绘工作者的劳动强度，提高了测绘工作的效率和质量。

为了充分发挥全站仪的功能，广大测绘人员除了要掌握上述测量功能的基本原理外，还应在此基础上结合工程实际加以灵活运用。不少测量技术人员利用悬高测量功能探索了架空高压输电线的测量方法，提出了对向观测法、两次仪器高法、前方交会法等，解决了工程建设中的许多问题。但对于工业烟囱等高耸建筑物的高度测量问题，始终没有找到很好的解决办法，究其原因是烟囱等工业建筑物底部中心根本无法进入安置反射棱镜。本文结合工业烟囱的形状特点，探索综合运用全站仪的悬高测量功能和圆柱偏心测量功能去解决工业烟囱的高度测量问题，以期更好地发挥全站仪的功能。

二、悬高测量原理

所谓悬高测量，就是测定空中目标点距地面的高度。利用全站仪进行悬高测量的基本原理(如图1所示)，首先将全站仪安置在地面上的A点，反射棱镜安置在与被测目标点B同一铅垂线上的地面点B';然后照准反射棱镜进行距离测量，再转动望远镜照准目标点B和地面点B'，全站仪便能实时显示出目标点B至地面点B'的高度H。

显示的目标高度H，由全站仪内置的计算程序计算

式中，S为全站仪至反射棱镜的斜距;D为全站仪至反射棱镜的平距;α1为目标点B的竖直角;α2为反射棱镜的竖直角;α3为地面点B'的竖直角。

图1 悬高测量基本原理

三、圆柱偏心测量原理

如图2所示，P1为直线OPO与储油罐表面的交点，P2、P3分别为直线OP2、OP3与储油罐表面的切点。由图2可知，D、β、D1之间有以下关系

式中，D为测站中心至反射棱镜的平距;β为圆柱左右两切点之间的水平角;D1为测站点到圆柱中心之间的平距。

在数据采集模式下的测量界面上，照准储油罐表面的P1处的反射棱镜，测量得平距D;然后显示屏提示进行左边点P2的角度观测;最后显示屏提示进行右边点P3的角度观测，则显示测站点O到储油罐圆心PO点的HR(方向角)、HD(水平距离D1)、VD(高差)、SD(斜距)。

图2 圆柱偏心测量原理

四、烟囱高度测量

工业烟囱一般如图3所示，类似圆台状。由于无法在烟囱底部中心安置反射棱镜，用全站仪悬高测量功能直接法［2］无法测得烟囱的高度，其他间接方法如前方交会法［3］、对向观测法［4］、两次仪器法［5］等均需要安置两次仪器，增加了外业工作量。为此，将烟囱虚拟为两个半径分别为R和r的同心圆柱，综合运用全站仪悬高测量功能和圆柱偏心测量，架设一次全站仪测量出烟囱的高度，步骤如下所述。

1.悬高测量

如图3所示，在距烟囱一定距离的地面点A处安置全站仪，B点处安置反射棱镜，在悬高测量模式下，依次照准反射棱镜、烟囱顶部K点和烟囱底部B，全站仪显示高度H1，可用式(1)计算，即

此时全站仪显示的高度H1并非烟囱的实际高度H，从图3可以看出两者相差Δ，即

式中，R为烟囱底面圆的半径;r为烟囱顶面圆的半径。

图3 工业烟囱高度测量示意图

2.利用圆柱偏心测量原理求出烟囱底面

半径R和顶面半径r

1)悬高测量结束后，不必搬动全站仪，在数据采集模式下，按照圆柱偏心测量步骤瞄准B点反射棱镜以及烟囱底部的E1、E，全站仪显示A点到烟囱底部中心的平距D1，则烟囱底面半径R可由式(4)计算

2)同上述步骤，瞄准B点反射棱镜以及烟囱顶部的F1、F，全站仪显示水平距离D2，需要特别注意的是，水平距离D2为图3中AO1之间的水平距离(图中圆柱O1是假想的，其特征是与大圆柱O内切，同时与视线AF、AF1外切，实际并不存在)。由圆柱偏心测量原理式(2)可知

式中，β2为烟囱顶部左右两切点F1、F之间的水平角。而从图3的△AFO中可得

由式(5)、式(6)可以得到烟囱顶部半径为

3.烟囱高度计算

将式(4)和式(7)代入式(3)整理后就得到

12到。特别的，当D2=D1，即μ=1，r1=R=r时，烟囱为圆柱状，式(9)与式(1)一致，可以用悬高测量方法直接进行。

根据工业烟囱的特点，在实地进行高度测量时，还需注意以下两点:

1)由于本方法是借鉴圆柱偏心测量功能，因此在利用圆柱偏心测量原理求烟囱底面半径R和顶面半径r时，照准目标点E1与E以及F1与F应在同一高度上，左右两点对称。

2)测站点A、棱镜站点B、烟囱中心O三点要在一直线上。

五、结束语

从上述分析可知，对于工业烟囱等高耸建筑物进行高度测量时，要充分利用全站仪的功能，减少外业工作量，减轻测量人员的外业工作强度，得到满足测量精度要求的数据。与其他方法相比较，本文介绍的方法只要架设一次全站仪就能够把烟囱的高度精确测量出来，对实际工程测量有一定的指导意义。

［1］ 覃辉.建筑工程测量［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007:98-101.

［2］ 赵巧红，胡立国.全站仪悬高测量的精度分析［J］.煤炭技术，2007，26(8):108-109.

［3］ 周美群，叶庆丰.浅谈悬高测量的误差控制［J］.科技信息，2009(21):268-269.

［4］ 董世远.利用全站仪对向观测进行悬高测量［J］.工程勘察，1997(5):59-61.

［5］ 潘益民，黄曼，杜素云.全站仪悬高测量存在的问题及改进方法［J］.测绘与空间地理信息，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，讲师，主要从事工程测量教学与研究工作。