免棱镜全站仪在日照时长测量中的实践应用

高应龙

1 免棱镜全站仪测量技术原理及其适用范围

1.1 免棱镜测量技术原理

免棱镜测量技术基于相位法原理，可以对所测量目标直接进行激光打点，完成测量作业。但是免棱镜测量所测目标的反射介质满足免棱镜测量的条件即可。运用免棱镜进行测量作业时，可以根据全站仪距离所测目标的距离和所测目标点的反射介质条件判断运用免棱镜短距离(N)还是长距离(LN)进行测量。与有棱镜测量比较，其优点是只要测量目标点条件满足免棱镜测量的条件(全站仪距离目标物距离、反射介质)即可运用全站仪免棱镜测量功能准确的测量目标点的三维坐标。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，以突出免棱镜测量的优点及在测量工作中的效率的突出体现。

1.2 免棱镜测量特点及适用范围

1)免棱镜测量技术适宜测量目标点必须裸露在外。2)免棱镜测量适用于通视条件较好的，没有遮挡物如所测目标前有树枝及树叶遮挡等。若有遮挡物在条件允许的情况下对遮挡物进行处理，以便观测，否则要改用棱镜测量或者将仪器转站之后满足免棱镜测量条件再进行测量。3)实测过程中不要对反射介质条件较差不满足免棱镜测量，重复进行测量，以免损坏仪器。4)注意不要将激光束射向似镜式表面，如汽车倒车镜、冰面及公路拐弯处的凸面镜等。5)免棱镜适用于测量人员难以到达且需要进行测量的目标，如悬崖、房屋、陡坎、高压线高及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，在被反射介质较暗、吸光性较强的地表流水河流结冰等反射条件不好的地方则需切换为有棱镜测量。7)免棱镜测量适用于存在对人体有危害的有剧毒的化工厂等的测量。8)免棱镜测量耗电量较大，在进行测量作业时，一定要准备有充足的电池。9)免棱镜测量具有高效率、高质量、高精度、高安全的四高特点，同时可以降低测量人员的劳动强度。

2 运用拓普康免棱镜3005N/LN实践测量

2.1 拓普康免棱镜3005N/LN的特点

拓普康免棱镜3005N/LN是一款长距离、高精度、具备多种功能的操作简便携带方便的全站仪。拓普康免棱镜3005N/LN有两个光路系统，即棱镜和免棱镜两个独立的光路系统，且免棱镜状态下有短距离(N)和长距离(LN)测距功能，在实际测量工作中根据测区范围大小、全站仪距离测量目标点的距离及测量目标点反射介质条件进行选择运用短距离测量或长距离测量。无论使用短距离或长距离测量功能时，都可以打开激光跟踪功能，激光可以直接射到所测目标点，使测量人员可以清晰的辨别出所测地形、地物点，从而判断出其的准确度。免棱镜状态下打开激光可以提高测距速度，短距离免棱镜测量是代开激光跟踪功能使得出数速度达到1.2 s/点。同时拓普康免棱镜3005N/LN提供了直观的界面、高效的数字管理模型、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1 200 m，侧边精度为:1.5 m～25 m时±(10 mm)m.s.e;免棱镜 25 m 以上时 ± (5 mm)m.s.e;免棱镜超长模式±(10 mm+10 ppmxD*)m.s.e;有棱镜时 ± (3 mm+2 ppmxD*)m.s.e，测角精度为 2″。

2.2 拓普康免棱镜3005N/LN实践测量

楼房采光时长测量:利用任意固定点对目标进行由高到低(或者由低到高)的三维测量。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，标定出各个测量目标点的坐标数据，生成相应的数字化成果图，根据各个时间段楼房采光日照与阴影分界线判断楼房采光情况。

预制厂西楼日照时长运用免棱镜全站仪拓普康3005N/LN测量结束后，除了出观测成果分析图外，还附有对楼房日照时长数据分析成果表，从数据成果表可以清晰的得知各个单元各个住户以及采光最弱的一层住户在冬至日当天采光时长为156 min，日照时长超过2 h，不存在采光弱及采光时长不足现象。其日照观测时长数据分析表见表1。

2.3 免棱镜测量精度分析

全站仪距离西楼正立面距离较近，采用免棱镜短距离测量，其免棱镜测量技术作为测绘界的一项新技术应用于生产，其精度是否满足测量需求，是测量人员最关心的问题。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因素，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。日照分析测量中图形误差较为准确，精度较高，数据分析中时间误差为0.5 h。

2.4 免棱镜测量存在的问题以及解决办法

免棱镜测量虽然具有高效率、高质量、高精度、高安全四高优点，但同样存在一种与测量外界条件的适应问题，有的时候是仪器不能改变的外界自然条件。比如冰雪介质面，煤尘介质面等，所以倘若将仪器免棱镜光路系统进行改进，能适应这些(冰雪介质面、煤尘介质面等)外界已有不好改变的外界自然条件，且能满足精度要求，那将更能提高工作效率、减轻劳动强度、保证测量成果资料质量及精度要求，将对于测量人员来说会提供更方便的观测条件。因此通过免棱镜进行日照测量之后，对全站仪的改进提出一点改进意见:

1)全站仪免棱镜测量所适应的反射介质面的适应能力改进;2)在此基础上且使测点速度不降低;3)在测点速度不降低基础上，是否可以再加一个测点加速器，这样的话免棱镜全站仪将是更先进的一流的测量设备。

3 结语

通过对预制厂西楼日照时长测量，我们明显体会到免棱镜测量的优越性，以及在测量工作中的测量设备的先进性。同时还可以将免棱镜测量前景运用于输电线路线高测量、楼房高度的悬高测量、河流宽度的对边测量、免棱镜放线等。

总之，免棱镜全站仪在测量工作中发挥着不可估量的优势作用，是有棱镜测量不能具有的，同时随着测绘事业的发展壮大，免棱镜测量将会更多的适用于测量工作。

[1]许 飞.全站仪在城市测量中的应用[J］.山西建筑，2010，36(15):364-365.