免棱镜全站仪在测绘中的应用

王 彤

（山西省测绘工程院，山西 太原 030002）

测绘的野外工作是非常艰苦的工作，保证精度与减少外业工作量、减轻工作的劳动强度是测绘人员都在考虑的问题。当20世纪80年代初电子测距仪与电子经纬仪相结合成为一体化全站仪以来,测量仪器的性能有了突飞猛进的发展。但是，传统的全站仪测量需要棱镜的配合使用，在难以架设棱镜的地方，对于测量仍然不能改变工作的不便和困难。近几年来，随着科技的不断进步及新技术的运用，全站仪具有了更高的性能。为了某些特定的环境以及具有大数量目标等特殊测绘环境下的需要，徕卡公司推出了第一台采用免棱镜测量技术的全站仪。免棱镜测距,又叫无接触测距，指的是全站仪发射的光束经目标物自然表面反射后，直接测定距离的测距方法。

随着测绘技术的发展，近几年来全站仪都增加了免棱镜测距。虽然各类全站仪的测距原理、测程长短、测量精度等各有差异，但在日常的测量生产中逐步对仪器熟悉并掌握，免棱镜测量将以可视、省力、高效为方向，使得免棱镜测距功能由被动使用变为主动应用，提高了测绘生产过程中的灵活性。虽然在测绘行业中RTK、GPS、激光雷达、地面数字摄影测量等新技术得到推广，但受到行业特点限制，如卫星信号、地形破碎、植被茂盛等因素影响，无棱镜测量设备都有自身的特点和适用范围。笔者通过实际使用和一些基本的测试，总结出一定的经验和规律，旨在提高实际工作的效率。

实测场地选在地物密集、地貌明显的区域，测区有多种材质和形状的建筑物、植被水系等有代表性的地物地貌进行碎部测量时，采用有棱镜和无棱镜两种方法。在相同测站、时间段、条件下对近150个碎部点进行五次两种测量模式的测量。其部分测量结果见下表：

部分点位测量结果统计表

依据《数字测绘产品检查验收与质量评定规范(GB/T18316-2001)》，对比例尺为1∶500地形图碎部点位的精度限差值0.2×M=0.2×0.5=0.10m=100mm，实测数据小于1∶500的地形图对碎部点的点位精度要求，所以，在测量范围内无棱镜测量就点位精度而言，可以用于数字地形图的碎部点数据采集。

一、在对免棱镜全站仪的使用中应注意的问题

（1）测距的方向上不能有阻挡，若有阻挡，便会无法测距或是障碍物的观测数据，对重要点和精度要求高的目标应采用棱镜进行检测或补测。

（2）免棱镜型的测距相对棱镜测距是比较短的，由于激光经过漫反射、干涉等的影响，长测距的精度随之下降，甚至由于距离长接收的反射信号强度不够，而无法测出距离。

（3）材料颜色对测距精度的影响表现不明显，颜色越浅而且表面越光滑的反射目标物对测距越有利。

（4）测量中激光入射角与物体表面夹角过小会使观测数据的不稳定而出现误差，应尽量保证激光入射角小于30°，保证测距精度的可靠性。

（5）免棱镜反射信号比有棱镜反射信号弱，工作中消耗的电源较多，要准备足够的电源。

（6）由于激光束对眼睛有伤害，在施测过程中不要长时间通过目镜观测目标，以免眼睛受伤。

免棱镜测距时由于受到激光束的限制，对角落或者深色表面物件的测距效果不太理想，往往不能正确测距或者测距误差大。例如，在隧道施工，对水泥厚度或者护墙施工测量控制时，因为隧道光线不足、水泥等有深色，免棱镜测距往往就测不出。

二、实践中发现免棱镜的特点和适用范围

（1）测量通视条件好，反射介质好的区域采用免棱镜测量，可以提高工作效率。

（2）免棱镜测量适宜测量裸露的目标。如电杆、房脚、公路等视线可及的地形、地物点高程，以及视线没有任何障碍的地形地物测量。

（3）免棱镜测量在一些特殊的条件下可以很方便地使用，如陡崖、深谷，以及对人有危害的如有毒、高温高压地方。

实际工作发现，影响免棱镜全站仪测距精度的因素主要有:①反射面材质对测距精度的影响;②反射面色彩对测距精度的影响;③人射角对测距精度的影响;④反射面透明度对测距精度的影响。除了上面提到的特殊情况外，在一般的情况下，免棱镜型全站仪还是比较可靠的，测值精度和稳定性也是很好的。免棱镜全站仪采用的测距模式分为相位式、脉冲式、脉冲相位式几种。相位式测距精度高、脉冲式测程远；随着科技的发展，脉冲相位式的测程远且测距精度高，使得免棱镜全站仪体现出测距速度快、测程远、效率高、使用范围广、安全性能高等的优点，在地形测量、工程断面测量、建筑物倾斜测量等方面发挥很大的作用，毕竟用望远镜照准目标直接测距无论如何也比跑尺员手持棱镜跑去立镜再进行照准测距要快得多。这不仅可以使跑尺员极大地减轻劳动强度，而且对提高整个作业组的外业工作效率很有帮助。

总之，对免棱镜型全站仪的研究做得还不是很系统，而且我国的计量鉴定规程对免棱镜全站仪还没有相应的鉴定规定，没有规范免棱镜全站仪测距的系统误差的检测方法和技术要求，缺乏规范的检验、测试、分析，使得免棱镜全站仪系统误差不能有效改正，测绘工作人员在没有明确的使用方法和要求的情况下，在精密工程测量及变形监测中的实际应用中不能物尽其用。无棱镜测量技术有多方面的优越性能和先进性能，但它不是万能的，特别对野外各种不同的观测条件，仪器不可能改变它，也不可能完全适应它。测绘人员要充分了解其特性，采取必要的措施灵活应用，更好地发挥技术设备的优势，取得真实可靠的测量成果。随着仪器设备的生产者对仪器光源、测距模式改进，逐步对免棱镜缺点的改进，免棱镜全站仪会更广泛地被应用于各种施工项目。

[1]高井祥.数字测图原理与方式[M].北京：中国矿业大学出版社，2001.

[2]于来法，段定乾.实时经纬仪工业测量系统[M].北京：测绘出版社，1996.

[3]范百兴，夏治国.全站仪无棱镜测距及精度分析[J].北京测绘，2004，（1）:28-31.