免棱镜全站仪在特殊工程中的应用

姚德龙

（山西国辰建设工程勘察设计有限公司 山西阳泉 045000）

1 概述

随着科技的不断进步，免棱镜全站仪也得到迅速发展，免棱镜的视距也由初期的几十米发展到当前的1000m以上，给测绘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，提高了工作效率，目前市面上流行的长距离免棱镜全站仪主要有徕卡1200系列、拓普康GPT-3000LN系列和天宝5600系列，本文实际案例中所使用的全站仪为拓普康GPT-3002LN。GPT-3002LN有双光学系统在无棱镜模式下是窄光束测量，能确保瞄准点正好是被测点。

2 免棱镜全站仪测距原理及特点

2.1 免棱镜全站仪测距原理

免棱镜全站仪测距方法有两种，即脉冲法和相位法。通常在相同条件下，脉冲法的测程远，相位法的精度高。脉冲法用测量时发射和接受信号之间的时间间隔来计算距离，多次测量得出平均距离。相位法使用连续信号，以不同的频率来调制载波信号，测出发射和接收信号之间的相位差，从而求出被测距离。传统的测距仪，大都用发光管（LED）作为信号源，新型测距仪的信号源为激光管，这样可以提高发射功率，保证免棱镜测距时的测程和测距精度。相位法测距用的测量光束很细，因此能准确地分辨出非常近的相邻点。脉冲式免棱镜测距不需要很强的激光功率，但其精度相对较低。

2.2 免棱镜测量的特点

（1）在一些通视条件良好，反射介质好的情况下，只需选好测站位置，就可以对所要测量的对象快速测量，而不需要等跑尺员去竖立棱镜才可以测量，大大提高了工作效率，也减轻了跑尺员的劳动强度。

（2）免棱镜测量适用于测量人员难以到达且反射介质好的地形地物测量，如悬崖，陡坎，房角以及对人体有危害的地方。

（3）免棱镜测量应避免反射介质过亮或者过暗，这两种情况都会影响测量速度，甚至会测不出数据。

（4）免棱镜测量边缘点时要使光斑全部落在反射目标所在的平面内，从而避免因其他物体反射而降低测量精度。

3 特殊工程中免棱镜全站仪的应用优势

3.1 免棱镜全站仪在地形测绘中的应用

我们在进行地形测量工作的时候，经常会碰到有些跑尺员难以接近的部分点位，比如要测量一块鱼塘的面积，或者位于鱼塘中间的通讯线杆，或者对长年流水河道进行测量，亦或是一些悬崖峭壁，依靠跑尺测量基本上就是不可能完成的任务，而且对测量人员的人身安全也有很大隐患，利用免棱镜全站仪只需要把仪器架设在合适的位置，就可以对所需的地形地物进行测量。

在一些大型露天矿的地形测量中，其测区面积都比较大，而且开挖比较复杂，出现许多悬崖峭壁，边坡也可能不稳定，用传统的跑尺测量，不但工作效率低，劳动强度大，而且对测量人员的人身安全也没有保障。这时候利用免棱镜全站仪进行测量，就会有事半功倍的优势，拿拓普康GPT-3002LN 全站仪来说，其测角精度：±2″，测距精度：±（3mm+2ppm），测程：3km（单棱镜）、250m（NP）和1200m（LNP）。只需要选择合适的测站点，几乎就可以覆盖整个测区，工作效率大大提高，而且不需要跑尺员，消除了人员安全隐患，降低了劳动强度。

3.2 免棱镜全站仪在线高测量中的应用

2017年12月受某设计单位委托，需对一排矸场进行地形测量，因场地中间有一趟高压线横跨整个排矸场，考虑到高压线的对地高度，设计人员要求测量出其绝对标高。实际工作中利用免棱镜全站仪很容易就可以测出高压线的绝对标高，也检查确认无误后提交给设计人员。但是2018年7月施工单位进场后测量发现线高不符，我们对其进行了复测，两次测量高程数据对比如表1所示。

表1

把两次测量数据绘制成纵断面如图1所示，在确认两次测量均没有差错的情况下，通过对电力部门人员的咨询，查阅资料，才找出造成这样结果的原因主要是由于电力线的热胀冷缩，2017.12测量时的温度大概在-8℃，2018.7的温度已经达到30℃，而且1#、2#线塔的档距达到300m，热胀冷缩对导线的影响就非常大了。通过这个案例，我们也总结出了免棱镜在线高测量需要注意的事项：①线高测量成果里一定要备注热胀冷缩可能对结果造成影响。②用免棱镜测量线高设站时最好选在导线背景透天的地方，以防导线摆动而测到其他地方。③测量时不要距离导线太远，由于导线比较多，一定要仔细辨认需要测量的线，以防测错。

图1

3.3 免棱镜全站仪在变形测量中的应用

在一些变形测量中，大多数情况都是测区地质条件不好，或者发生泥石流、塌方等情况，这时候利用免棱镜全站仪测量就有很大的优势。如图2所示，由于雨季暴雨原因，铁塔附近的边坡发生滑坡，铁塔发生倾斜、形变，需要对其进行变形监测，滑坡比较严重，观测人员无法靠近铁塔测量，通过实地勘察，我们在铁塔对面选取了地质条件非常好的A、B两点作为观测基准点，每次只需在B点架设仪器，采用极坐标法测出铁塔的三维坐标即可。我们选取了上中下三层进行测量，分别测出图中1～9号点的三维坐标，通过每次对比对应点的坐标变量，可以很直观的反应出铁塔的上中下各个部分的形变情况。此案例中充分发挥了免棱镜全站仪测量的优势，不但保证了测量人员的人身安全，而且高效、准确无误的完成了测量任务。

图2

4 结束语

免棱镜全站仪在一些特殊环境、危险环境下的测量有着非常大的优势，解决了传统全站仪无法解决的问题，不但使测绘人员的作业强度和危险性大大降低，而且提高了工作效率，有的工程甚至单人就可完成，测量精度也大大提高。但是免棱镜全站仪测量也有它的不足，比如房角这样的边缘点，如果不仔细瞄准，很可能测到其他物体上，仪器与所测目标之间必须通视，仪器耗电量比较大等问题，但这些都无法掩盖免棱镜全站仪测距速度快、测程远、效率高、使用范围广、安全性能高等优势。