无棱镜全站仪测量技术在断面测量中的应用

摘要： 当前，随着科学技术、信息技术、电子技术的高速发展及应用，极大推动了测绘事业技术的现代化发展，现代化的工程施工，越来越依靠测绘技术现代化的支持。传统测绘技术已被测绘数字化、信息化取代，模拟白纸测图方式、光学经纬仪已被淘汰。取而代之的是全站仪、电子水准仪、卫星导航、电子绘图仪。

关键词：无棱镜全站仪；测量；技术

中图分类号：TM93文献标识码：A

现代化测绘仪器的普及和应用，加快了测绘作业进度，提高了测绘成果的精度，增加了社会经济效益。无棱镜全站仪测量技术的应用，就是很好的例证。无棱镜全站仪与全站仪相比，具有一定的优越性，不仅能提高作业效率，而且能减少一司镜人员，节约了人力。全站仪在作业时，凡是司镜人员不能达到的地方无法安设棱镜时，就不能采集数据，而无棱镜全站仪完全克服了此类缺陷，能快速采集数据。本文根据无棱镜全站仪测量技术优缺点，结合其在断面测量中的应用，探讨使用方法，总结经验。

1 无棱镜全站仪概述

1.1无棱镜全站仪简介

无棱镜全站仪，是在原传统全站仪的基础上发展起来的。传统的全站仪，不同的型号其作用略有差异，但是基本功能大致相同，都具备测角、测距、电子荧屏显示、微电脑处理器、存储记忆等功能，能把所测倾斜距离改化为水平距离、高差、平面坐标等结果。传统全站仪测距，须有协作目标，也就是反光直角棱镜，或者反射片，棱镜或反射片把从全站仪发出的光，反射回全站仪进而测出距离。无棱镜全站仪基本原理与全站仪大致相同，发射光束，反射和接收光束。无棱镜全站仪测距时不需要协作目标，而是把仪器射出的管束，直接打在自然物体的表面，光束经自然物体表面漫反射后被仪器接收测出距离。然后经全站仪微处理器处理，得到不同的数据。

无棱镜全站仪因为不需要协作目标，因此能够在一些危险的地方、人员不能到达的地方广泛应用，这样不仅作业强度得以降低，而且危险性也大为降低，同时又能有效保护被测目标的稳定性、完整性。

1.2 无棱镜全站仪精度分析

无棱镜全站仪测角精度，与传统全站仪相同，不同之处在于测距精度。其误差来源主要有仪器本身测距精度、气象条件（主要是温度、气压、空气透明度等外界条件）、被测物体的反射性能等。由于本文写作时没有足够的实验数据，只能根据误差理论进行初步探讨，不能定量分析。由于无棱镜全站仪无协作目标，其测距精度必然受被测物体反射离散程度的影响，同时受被测物体到全站仪距离的影响。本文从无棱镜全站仪测量的少量数据来看，反射物体稳定性减弱，其观测数据的方差增大，反射物体具有足够的稳定性，其测距精度影响不大。随着被测物体距无棱镜全站仪距离的增加，测距精度会降低。目前来看，无棱镜全站仪测距一般在300米左右，精度在毫米级，能够满足测量精度要求。

1.3 无棱镜全站仪使用中的问题

无棱镜全站仪在使用过程中，和全站仪基本相同，要根据其功能的不同，使用前测定作业环境的温度值、气压值，把温度值、气压值输入全站仪进行温度和气压的自动改正。作业环境温度值的大小，使用圆盒气压计测定，作业环境温度，用温度干湿计测定。温度和气压单位，根据仪器的功能不同，采用仪器要求的规定单位。否则，就会人为造成精度降低或粗差。

无棱镜全站仪在进行测量时，要注意仪器和被测物体之间是否有移动物体出现，观测人员注意力要集中，否则，在仪器和被测物体之间有移动物体出现，而观测人员没有发现，就会造成测量数据失真。这一点，是与全站仪的最大区别，全站仪没有棱镜不测距，只有在有棱镜的情况下才能测量，有移动物体遮挡，测不出数据，不造成数据失真。观测人员要根据不同的测量环境，注意不同的移动物。在城区测量，要注意行人、车辆等遮挡，在城区外田地或河道、道路测量，不仅要注意行人、车辆，还要注意风力的影响，风吹树摇叶动时，遮挡测量。

无棱镜全站仪虽有优点，但是缺点也不可忽视，就是仪器受移动目标影响大，稍不注意，就出现错误。为防止此类错误出现，仪器测距瞬间，观测人员要精力集中，确定测距时无遮挡物，不注意的话，采集的数据失真，影响观测结果。

在使用无棱镜全站仪时，要根据天气情况，给仪器打伞，不能把仪器曝露在烈日下，仪器不能受潮，要防止雨水浸入。如果仪器曝露在烈日下，不仅会降低仪器测量精度，长期这样下去，还会减少仪器使用寿命。

2 断面测量原理

2.1 断面要求和断面数据

在道路、河道、水渠、管线等工程中，设计人员需要知道沿工程方向的地面起伏状态，然后根据起伏状态设计工程的要素，这就是纵断面。与纵断面垂直的断面，在一定范围内起伏的地面状态，就是横断面，横断面起伏的数据要素，同样是设计人员需要的重要数据。纵、横断面的测量，实际就是测定其纵、横线平面位置和高程，进而绘制纵、横断面图，提供给工程技术设计人员。

2.2 无棱镜全站仪测量

使用无棱镜全站仪，测出一点的平面位置、高程，继续沿纵、横向线测出其他点的位置和高程，然后经计算机处理，从而绘出断面图。在测量时，一个点的坐标，利用无棱镜全站仪功能直接测出，仪器自动记录。测量高程时，要进行一定的操作。无棱镜全站仪高程测量，实际上就是三角高程测量。三角高程测量公式为：

h=D*tga+k-l,①

Hb=Ha+h ②

上式中，是由某个已知高程点a，在a点上安置仪器，观测另一个未知点b，①式是计算两点高差，D是两点之间的水平距离，k是a点仪器高，l是未知点b上的觇标高，h是两点高差，tga是观测时测得的竖直角正切值，②式是高程计算公式。根据无棱镜全站仪的功能可知，觇标高为零，D*tga则由无棱镜全站仪直接测出，仪器高k用小钢尺直接量出，输入仪器，则未知点高程直接测出，仪器自动记录。

3 道路纵、横断面测量

道路工程，主要有铁路、公路、简易路工程，一般主要指铁路和公路。铁路工程中纵、横断面测量主要是选线时进行，公路纵、横断面测量主要是选线新建和改造时进行。部分道路工程在竣工验收时，也进行纵、横断面检测量。本文中以公路纵横、断面测量为主，叙述无棱镜全站仪测量技术具体应用。公路工程经有关部门可行性研究后组织实施，一般是根据设计图纸上顶线，然后到实地进行定线。道路中线实地定放后，即可进行纵、横断面测量。一般的纵横断面可以分开进行，也可以同时进行，本文以分开的方式进行叙述。

3.1道路纵断面测量

在进行纵断面测量前，要收集道路工程区域内的控制在资料、道路中心线定测情况、道路中桩具体位置。根据道路等级要求，确定施测精度。也可根据道路工程总体技术要求规定执行设计要求精度。无论哪种情况，都要确保测量精度的可靠性。

根据收集掌握道路工程范围内各类控制点布设情况及精度，判断控制点密度和精度是否满足纵断面测量要求，如果不能满足纵断面测量要求，应根据技术设计，布设施测加密控制点。当工程区域内控制点能够进行测量时，就可开始测量。根据道路中心桩之间的距离以及地形情况确定是否加桩，一般的平坦地区，30至50米一个中心庄，地形起伏较大，要根据起伏情况，在地形变换处增加中桩，中桩点的密度，以能正确反映道路中线地形起伏为准。仪器观测员在已知点上安置无棱镜全站仪后，用小钢尺量取仪器高至毫米，根据仪器功能输入仪器高，输入已知点坐标、高程数据，根据实地测量的温度、气压值，按要求输入仪器。如果不能现场测量气压、温度，也可根据当地天气预报查询当天温度、气压值。转动仪器瞄准后视点定向，用另一个已知点做检查。记录员要根据要求，对上述有关数据进行记录，并检查，记录检查无误后，核对检查结果，是否符合要求后，进行测量。观测员瞄准首个观测点进行观测，仪器自动记录，保存数据，转动仪器，同法施测下一个观测点，直到本测站结束，结束前，利用已知点进行检查。同法进行下一站观测，直至观测结束。这样观测的数据，就是每个中桩点的三维值，观测时，要瞄准中桩地面位置，不要瞄准中桩上部，不然就不是该点的地面位置了。外业结束后，从全站仪上下载观测数据到计算机，对数据进行处理，完成纵断面图的绘制。

3.2 道路横断面图的测量

道路横断面图的测量，和纵断面图测量方法一样，只是横断面测量时，一般不用布点，直接瞄准测量就行。在进行横断面测量时，要注意点的取向，一定要选在纵向的基本垂直方向，不可偏离太大。一般平坦地区，5至15米一个点，有起伏时，地形变换处都要测量。在一个测站上，可以同时测量多个横断面点。同样的方法，数据下载到计算机，对数据处理得到横断面图。

利用无棱镜测量道路纵、横断面时，方面快捷，能提高作业效率，不足之处是，若地面起伏较大，低洼的纵、横断面点，容易被地物遮挡，不能被仪器直接看到，从而影响测量。遇到这种情况，观测人员应采取其他辅助办法进行。

4 其他工程断面测量

在其他工程中，还有很多工程需进行断面测量，例如河道、灌渠、给水、排水、天然气输油管道等工程，不同的工程，对断面测量有不同的要求，进行测量时，要根据不同要求，制定符合实际的观测方案。断面测量方法，大同小异，在仪器选择上，要结合实际情况选用不同的设备。在一些人们不易到达的工程段，或者危险工程段，无棱镜全站仪可作为首要的选择。

5结束语

断面测量工程是工程测量中的一个重要方面，在工程建设中，有着重要的作用，做好断面测量工程，无棱镜全站仪能够起到很好的作用。无棱镜全站仪虽然诞生的时间不是很长，但是由于它的优越性强，用途越来越广。无棱镜全站仪的优越性，就是利用了自然物体的光线反射进行测量，省去了协作目标的配合，无需人为设置反射目标就能测量。这样不仅节省人力，而且能够对人走不到的地方，或者危险的地方进行测量。无棱镜全站仪，在一些行走不便的山区，水系发达地区，能发挥很好的作用。在城市建成区，能对高大建筑物进行无协作测量，使得一些看来不能进行的测量成为现实。但是，尽管五棱镜全站仪有许多优势，但是也有不足之处。例如，在城区测量时，人流、车辆等其他移动物，影响其观测效果，在林区、农田测量时，容易受树木、植被、防护网等影响。尽管如此，只要观测人员仔细认真，就能很好地克服这些不足，最大限度发挥无棱镜全站仪的优越性。

作者简介：王越，（1974-），男，工程师，主要从事规划管理，工程测量技术方面的研究