免棱镜全站仪在倾斜观测中的实践应用

张世强 高应龙

1 无棱镜测量技术原理及其适用范围

1.1 无棱镜测量技术原理

免棱镜测量技术基于相位法原理，全站仪发出的激光束极为微小，它可精确地打到目标上，保证精度较高的距离测量。与有棱镜测量相比较，其优点是只要测点的反射介质满足免棱镜测量的条件，就不需要在测量点位上置放棱镜，即可精确的测定出该点的三维坐标。使用柯达灰度标准卡，其半径可达180 m，它具有可见的红色激光斑以及微小的光束直径。为了达到出色的标准和基于考虑测量人员的身体安全的效果，采用最安全的一级激光，确保了免棱镜测量胜任于任何测量工作。对于测量人员提高作业效率来说是非常有利的。

1.2 免棱镜测量技术特点

1)免棱镜测量技术适宜测量反射面裸露的测点高程，在岩石、公路、旱地、等视线的地形、地物点高程。2)免棱镜测量适用于视线没有任何障碍的地形地物测量，若中间有障碍物则测量出的是障碍物的坐标、高程。3)注意不要将激光束射向似镜式表面，如汽车倒车镜与公路拐弯凸镜等。4)施测过程中不要长时间通过目镜观测反射地物，避免阳光直射仪器镜头，以免眼睛受伤。5)免棱镜测量适用于人员难以到达、反射介质好的地形地物测量，如悬崖、房屋、陡坎、独立方位物和有化学毒素的地物等。6)免棱镜测量适用于通视条件好、反射介质好的地方，在被照射介质较暗、吸光性太强的地表流水等反射条件不好的地方不宜使用免棱镜测量。7)免棱镜测量适应于测绘人员难以到达的目标点，如有剧毒的化工厂制造与存储区、高边坡塌方泥石流、陡峭石壁地区等。8)免棱镜测量要耗费较大的电源，要保证在野外作业时带上充足的电源，必要时配置外挂电源。9)实现了单人操作测量，节省了时间和降低了外业人员劳动强度，同时对提高外业工作人员的安全强度也产生了积极的影响。

2 拓普康3002N/LN的特点及施测过程

2.1 拓普康3002N/LN的特点

拓普康3002N/LN是一款超长测程、高精度、具备多种功能且操作简单的全站仪。有两个光路系统，即棱镜和免棱镜两个独立的光路系统，且免棱镜状态下又有长距离免棱镜测量和短距离免棱镜测量。由于具有长距离和短距离的免棱镜测距功能，在实际测量过程中可根据测区范围的大小、测量距离的长短选择使用长距离测量功能或短距离测量功能。在使用短距离和长距离免棱镜测量时，可以打开激光跟踪功能，激光可以直接射到被测的地物点上，使测量人员用肉眼就可以清晰的辨别出所测的地形、地物点，从而可以判断出测量的准确度。免棱镜状态下打开激光还可以增强出数速度，在短距离免棱镜测量时，打开激光可以使得仪器出数达到1.2 s/点。同时拓普康3002N/LN提供了直观的界面、高效的数字管理器、机载程序，如测量、设站、钻孔、平洞放样、地质测绘点位选择变得甚为灵活。免棱镜测量技术具有抗干扰目标的能力，确保测量成果的可靠，免棱镜测程最远可达到1 200 m，测边精度为:无棱镜 1.5 m～25 m时±(10 mm)m.s.e;无棱镜25 m以上时±(5 mm)m.s.e;无棱镜超长模式±(10 mm+10 ppmxD*)m.s.e;有棱镜时±(3 mm+2 ppmxD*)m.s.e，测角精度为±2″。无棱镜模式下为地窄光束测量;有棱镜模式下为地宽光束测量。

2.2 应用简介

1)大楼墙体倾斜测量。其实施的过程是:利用任意固定点对目标进行由高到低(或者由低到高)的距离测量。采集到测量数据后，通过南方CASS绘图软件将数据传输到计算机里。数据传输时，注意将YXZ的顺序变换成ZYX，将测量记录的平距替换成X，分组测量数据并展点成图，标定出各个目标物的倾斜数据，生成相应的数字化成果图，根据目标物的水平距离的差值即可判断出目标物的倾斜程度，图1是2006年9月14号对阳泉集团二矿菜洼14号楼房的倾斜观测成果图(观测精度5 mm):从观测成果图中可以清楚的看出楼房的倾斜程度。

2)烟筒倾斜测量。山西兆丰铝冶电解铝分公司一期技改项目车间在2009年9月底发现大规模的沉降现象。我公司随即于2009年10月6日开始全面的沉降观测。针对70 m高耸的烟筒，我们采用相对坐标系统，用全站仪的免棱镜测量功能分别测量烟筒底部和顶部的任意4个～6个碎部点，通过南方CASS绘图软件将数据传输展绘到计算机里，求取两圆心的偏差，利用测量部位的高差，计算出烟筒的倾斜数据，生成相应的数字化报表图，实际的报表图见图2。

2.3 短距离免棱镜测量的误差分析

免棱镜测量技术作为测绘界的一项新技术应用于生产，其精度如何是人们最关心的问题。为此我们在视野开阔、反射介质较好的地方在RL状态用免棱镜采集数据。对一般物体的观测其气象改正、加乘常数改正、倾斜改正、投影改正都非常小，其影响可忽略不计，影响最大的误差是仪器本身的固定误差和目标物的标识。因此在短距离的测量中，一般测距长度要大于25 m，对测量的精度起着重要的作用，在高精度的测量中，要考虑采用测距标称精度较高的免棱镜全站仪，以保证测量的准确性。

2.4 存在的问题与对策

免棱镜测量技术虽然有多方面的优越性能，但不是万能的，特别对野外各种不同的观测条件，仪器不可能改变它，也不可能完全适应野外的条件。因此作业人员应充分了解此新技术的特性，采取必要的措施，扬长避短，才能更好地发挥其先进技术设备的优势，取得良好的观测成果。通过测绘实践，我们提出如下两条改进建议:1)针对免棱镜测量受障碍物限制，容易造成实测目标物错误的情况，视线离开障碍物最好在1.5 m以上。2)为避免测量操作中眼睛被激光辐射伤害，在光线较暗时建议打开激光束“照准”系统。

3 结语

通过对二矿菜洼14号楼倾斜观测等工程的实践，我们深刻体会到免棱镜测量技术在测绘行业是有很广阔的应用前景。尤其是在地形图测绘、线高测量、距离测量、放线测量等等测绘工作中都可以发挥其作用，它不仅解放了生产力，增强了测绘人员的安全性(困难和危险处)，而且极大地提高了劳动效率。随着测绘科学技术的进一步发展，测绘工作将变得更准确、轻松、快捷。

[1] GPT-3000LN用户手册，北京拓普康商贸有限公司[Z].