全站仪定位在户外装饰工程中的应用

创新者：陈洪志

全站仪定位在户外装饰工程中的应用

创新者：陈洪志

大型建筑物户外装饰工程作业环境恶劣，测量定位要求精度高、速度快。全站仪具有的免棱镜功能，可以提高作业速度。全站仪内置的悬高测量程序，可以实现高大建筑物悬空作业的快速、精确水平定位。全站仪内置的对边测量程序，可以实现高大建筑物悬空作业的快速、精确垂直定位。本文通过工程实例，论证了应用全站仪解决大型建筑物户外装饰工程测量定位困难的问题。

随着我国经济的不断发展壮大，越来越多的大型建筑物不断兴建。出于宣传的目的，这些建筑物外表面都会附着一些企业的LOGO或者反映企业精神的大型广告字体。如何在高大建筑物光滑的表面实现广告字体的快速定位，实现户外装饰工程的宣传效果，就成了测量技术人员必须面对的一个问题。

全站仪，全名为全站型电子速测仪，是集光、机、电为一体的高度自动化的工程测量仪器，广泛应用于建筑、水利、交通等各种工程的精密测量或建筑物、地表形变的变形监测等作业领域。全站仪具有自动测角、自动测距、自动计算、图形显示和数据存储、无线传输等多项功能。近几年，全站仪在具备常用的基本测量模式（角度测量、距离测量、坐标测量）之外，还具有包括对边测量、悬高测量、偏心测量、面积计算等各种测量内置程序，功能相当丰富。特别是，随着免棱镜测距技术的不断成熟，使利用全站仪解决大型建筑物户外装饰工程中大型字体的定位问题提供了可能。目前，新型超长免棱镜测距全站仪已经达到了1000m以上距离的免棱镜测距。

工程概况

江西某工程是一座以防洪、供水为主，兼顾发电、灌溉、观光旅游等综合利用的大型水利枢纽。水库设计总库容1.25×108m³，多年日平均供水量24×104m³，防洪标准库容0.151×108m³，可灌溉农田12.57×104亩，电站总装机容量2×7.0MW。水坝坝体为碾压混凝土双曲面型拱坝，坝顶最大高程245.60m，最大坝高95.1m，坝顶坝轴线长度283.94m，坝顶平均宽度6.4m，最大坝底宽度32.9m。

该工程竣工后，根据建设方要求，需要在坝体的背水面安装7个大型宣传汉字，每个汉字为正方形，平面尺寸为9 m²。垂直高度要求：字体的底部距离地面为坝体高度的0.618倍，即为建筑物的黄金分割线位置。水平间距要求：距离两侧山体各10 m，各汉字之间间距相等。

测量定位原理

悬高测量原理

悬高测量，就是测定空中某点距地面的垂直高度，空中待测点无需设置棱镜等照准标志的一种技术。全站仪进行悬高测量的工作原理如图1所示。首先把反射棱镜（反射片）设立在欲测目标点B的正下方（天底）B'点（即过目标点B的铅垂线与地面的交点），输入照准棱镜高v，精确至毫米；然后照准反射棱镜开始进行距离测量，屏幕上显示的距离不再变化为止。转动望远镜照准待测目标点B，屏幕便能实时显示出目标点B至地面的垂直高度H。

显示的目标高度H，由各类全站仪自身内存的计算程序按下式计算而得到：

注：v为棱镜到地面的垂直高度，S为全站仪中心至反射棱镜中心的斜距；α1和α2分别为反射棱镜和目标点投影于水平面的竖直角，α2过大会影响悬高测量的精度。

对边测量原理

图1　悬高测量示意图

对边测量，是指使用全站仪对两个（或两个以上的）点进行测量，求出后一个点相对前一个点（或第一点）的水平距离、高差等值的测量技术。对边测量的工作原理为：全站仪根据其测量得到的两个待测点的坐标（同一坐标系或相同的假定坐标）进行自动反算，并将两点的距离作为结果显示出来。设置测站后，如果在已有测量坐标系下进行测量，可以给出两个点之间的正确方位角。如果是假定的独立坐标系，屏幕显示的方位角是独立坐标系的方位角。如图2所示，对边测量的观测量为斜距SA、SB，可求的未知量为平距DAB、高差hAB，方位角夹角β。

图2　对边测量原理

免棱镜测距技术

免棱镜测距技术，即全站仪不照准反射棱镜、反射片等专用反射工具即可测量距离的技术。

（1）光源。免棱镜全站仪的光源一般都使用激光光源（LD）作为载波信号源。免棱镜测距模式的光学系统一般都采用窄光束测量。高精度超长测程的全站仪使用脉冲式激光测距，可以有效的过滤干扰信号。出于激光安全考虑，多使用690nm左右的一级激光。

（2）免棱镜全站仪的测距模式。免棱镜全站仪采用的测距模式一般分为：相位比较式、脉冲式、脉冲相位比较式等几种。早期的免棱镜全站仪采用相位比较式测距模式，优点是测距精度高；中期的免棱镜全站仪采用脉冲式测距模式，优点是测程远；脉冲相位比较式结合了前两种的测距优点，是这几年的新科技成果，测程远而且测距精度高。

（3）免棱镜测距的优点。免棱镜测距，适合不宜放置反射棱镜或者反射片的地方的测距。可以实现远离被测物体的工作模式获取山地、岛屿、露天矿体等重要坐标点信息，广泛应用于观测悬崖、石壁等的滑坡、变形测量，隧道施工等。

免棱镜测距技术大大提升了测量工作效率，避免反复搬站，更是能够极大程度地保证了作业人员的生命安全。

技术实施

由于建筑物体型巨大，坝体表面光滑，施工人员在安装字体时都是悬空作业，快速、准确就成了测量定位工作的重中之重。

作业准备

将全站仪放在坝体中线的延长线上，距离坝体100～150m的适当位置。为了保证放样的精度，测站要选在土质坚实，具有一定高度，相对开阔的地方。精确整平全站仪，电子气泡要保持居中。开机，全站仪自检合格，保证电池电量充足。在“设置”菜单中，选择免棱镜工作模式。

垂直定位

按菜单键，仪器进入菜单模式。选择“测量程序”，选定：“悬高测量”程序。按功能键选择“无需镜高”模式。照准坝体与地面相交的中点，按“测量”键。测量开始，显示仪器至坝体之间的水平距离。测量完毕，照准点的位置被确定。水平制动不动，缓慢提升望远镜，照准坝体顶点，显示垂直距离：86.743m。按照设计要求，待放样的字体水平高度为该距离的0.618倍，即为53.607米。继续保持水平制动不动，缓慢降低望远镜，直至屏幕显示距离为53.607m为止，指挥作业人员将点位标注在坝体上。保持垂直制动锁定，打开水平制动，用目镜的中丝指挥作业人员从左岸至右岸依次标注点位，连接这些标注点，在坝体上就放样出了一条复合要求的水平线。即为待安装字体的底线。

水平定位

按菜单键，仪器进入菜单模式。选择“测量程序”，选定：“对边测量”程序。利用功能键，选择“不使用文件”。按功能键，选择：MLM-2（A-B，B-C）模式。瞄准放样出的水平线与左岸岩石体的交点，按“测量”键，显示仪器到照准点的平距。测量完毕，照准点位置被确定。垂直制动锁定，水平转动至右岸坝体与岩石的交点，按按“测量”键。测量完毕，显示左交点与右交点的距离为：125.476m。沿左向缓慢移动望远镜，目估有10m左右距离，瞄准坝体点，按“测量”键，看屏幕上显示的距离，如果大于10m，则指挥作业人员向右移动。如果小于10m，则指挥作业人员向左移动。直至屏幕上显示距离为10m，作业人员在已经放样的水平线上标注该点位，即为待放样字体的右边界点。根据设计要求，从这个右边界点开始，重复上述步骤从右至左依次放样出水平距离3m、14.079m、3m，共重复6次。最后，瞄准左交点，进行检核。经过检核，字体的左边界点至坝体的左交点距离为9.995m，符合设计精度要求。

经过以上步骤，字体的底部边线、左右边界点都已经标注完毕，可以进行字体安装工作。

结语

常规测量技术面对大型建筑物户外装饰工程往往束手无策，使用免棱镜全站仪进行定位，应用仪器的内置程序，可以方便的解决这类问题。本文通过在坝体上安装大型字体的测量定位实例，论证了全站仪技术的应用价值。应用本文提供的方法，进行类似工程的测量定位可以极大的减轻作业人员的工作强度，节约工作时间，同时也提高了高空作业人员的安全系数。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.036