浅谈无棱镜全站仪在地形图测绘中的应用

韩莫非

摘 要：应用全站仪无棱镜测量新技术进行地形图测绘，可以解决建筑物复杂、无法运用GPS测量及施测人员难以到达地物特征点上测量的难题。无需立棱镜，大大节省了人力、物力、时间，加快了外业进程，提高了工作效率。文章简述了无棱镜测量新技术的原理、适用条件以及精度情况。

关键词：全站仪；无棱镜测量；地形图测绘

引言

无棱镜测量不需要在被测点上放置棱镜和反射片，这一独特的优点使得不易架设棱镜的地方，进行测绘成为可能。采用无棱镜测量，既快速、准确，又可以节省人力和物力，甚至可实现单人单机测量作业。在进行地形图工作中，无棱镜测量技术的应用前景更为可观。

1 无棱镜全站仪测量技术的基本原理

无棱镜测量技术基于相位原理，发出的激光束极为狭小，可以非常精确地打在目标上，只要测点的反射符合介质、符合无棱镜测量的条件，就不需要在点上放置棱镜，既可测量出该点的三维坐标。

2 无棱镜全站仪测量的使用条件

无棱镜测量适用于反射介质反射能力强的地方，在反射介质较暗，吸光性太强，反射条件不好的地方不宜使用无棱镜测量。无棱镜测量技术适宜测量反射面裸露的地物。无棱镜测量技术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到是障碍物的坐标、高程。无棱镜测量耗电量大，外业时要准备充足的电源，必要时配置外挂电源。施测过程中不要长时间通过目镜目的物，以免将眼睛长时间置于激光束中导致伤害。

3 无棱镜测量与棱镜测量的对比

在控制测量的基础上，通过无棱镜和有棱镜两种形式进行野外数据采集。

3.1 人员分配

有棱镜测量运用的是“一机一镜，一机多镜”的方法，首先要消耗时间用在“跑棱镜”工作上，其次如果团队协作能力不强，又要浪费人力及物力资源。无棱镜测量在允许测程范围之内，再被测地形地物点介质情况良好下，周围无干扰仪器信号等优良条件下，可以实施单人单机测量模式。可避免工作人员进入悬崖、溪谷、客流量大的公路、有剧毒或危险等不易架设棱镜的地方，无棱镜测量可以有效地节省时间、人力及物力，能够使外业测量加快工作进度，成为按时完成测绘任务的有力保障。

3.2 仪器性能

有棱镜测量在测量速度方面比较缓慢，在棱镜周围存在特殊介质（高速公路上的明示牌）情况下，很容易在测量时造成“出假数”现象。无棱镜测量全站仪中的测量、存储功能操作简单，无需转换棱镜常数（有棱镜测量在使用多镜方法时，不配套棱镜的棱镜常数是不一样的），并且测量速度快于有棱镜测量，同时照准目标地物实施测量时不会造成（出假数）现象，得到的数据成果真实、可靠。无棱镜测量可以提高工作效率，保证工程质量。

3.3 数据分析

在不同的时间段、不同作业环境中对不同的材质、颜色的目标进行无棱镜测量，然后把采集的数据在南方CASS6.1中进行数据图的绘制，以有棱镜测绘的数字图为基础，把无棱镜测绘的数字图做成图块，以图廊点为基点进行插入，对绘制的线或面状地物进行对比。结果发现，在用无棱镜测量时，现状目标位移中误差小于比例尺地形图测绘规定的限差，既在被测地物满足测程的条件下，无棱镜测量采集的数据可以代替有棱镜测量数据。

采用无棱镜测量技术大比例尺地形图测绘是可行的。但是无棱镜测量在处理视线穿过植被茂盛地区或透明体时，或被测地物的柯达灰度值较低时，测量精度较低、测程较短。在此条件下，对重点和精度要求较高的地物应采用有棱镜检测或补测，要做到在不同时间、地点、环境、介质、测程精度要求较高的条件下，无棱镜要与有棱镜两种测量方法相结合，将有利于完成测绘任务。

4 在地形图测绘中应用

无棱镜全站仪最大的优势就在于不需要接触被测点就可获得被测点的三维坐标。可显著提高作业效率，保证测绘成果质量，这在地形图测绘方面得到了充分体现。

4.1 地貌测绘

以辽宁省高速公路带状地形图-东梁西吐呼噜山地形图修补测量项目为例，西吐呼噜山山高坡陡，发布数条不规则走向冲沟高压杆下有高达树林遮挡，山下农作物以梯田方式种植，给作业人员操作造成很大的困难。在测绘过程中，无棱镜全站仪可以直接测出地形处，冲沟边缘及沟底，山上高程点均匀分布后，便可直接测出高压杆顶部的平面坐标，无需作业人员在坎上立棱镜，就能测出田坎的坐标和高程。保障作业人员安全。

4.2 地物测量

以巴新铁路引线两侧地形图修补测量项目为例。该项目铁路两侧地物复杂，拥有纵横交错的居民房屋和车流量很大的高速公路等，给测绘工作带来很大的麻烦。運用无棱镜全站仪测量，无需作业人员进入各家各户，既可测出房屋、围墙的真实位置，排除居民区内家里无人、院内有狗等不利因素。不必行走即可测出高速公路铁丝网、排水沟、路边坡等平面高程和坐标。

上述事例，在特出环境下，无棱镜全站仪测量远远优越与有棱镜全站仪测量以及GPSRTK测量技术，节省时间，减轻劳动强度和作业危险性，提高了测图效率。

5 应用中注意的问题

（1） 目标与其背景之间的反差很小，反射信号很弱时，测量误差会很大，（2）目标附近的其他物体表面会影响测量结果。（3）在视准线附近不应有其他带色的光或反射物。（4）测量光亮或潮湿的表面要注意考虑到激光点的尺寸、瞄准位置、瞄准角度等因素。（5）在测量中转换有棱镜和无棱镜操作时不要将望远镜对着人的眼睛。（6）仪器和目标点间有汽车或行人通过时，必须等物体通过后才能进行测量。（7）在地形视野不开阔地段和植被茂密地区，全站仪无反射棱镜测量功能将无法发挥优势。

6 结束语

在进行数字地形图测绘时，在满足无棱镜测量条件下，无棱镜测量可以取代有棱镜测量。无棱镜测量可以节省大量的人力和物力，节省时间，减轻劳动强度和作业危险性，保障人身安全和工程质量，提高了测图效率，为无棱镜测量模式的发展方向提供了广阔的空间。