摘要：介紹無棱鏡測量技術(shù)在廣西防城港市長岐灌區(qū)渠道斷面測量的應(yīng)用情況，對無棱鏡測量技術(shù)工作效率和成果精度以及適用條件進(jìn)行分析。

　　關(guān)鍵詞：無棱鏡測量技術(shù)；斷面測量；精度分析

　　1、工程概況

　　防城港市長岐灌區(qū)位于廣西最南部，十萬大山南麓。灌區(qū)轄防城港市防城區(qū)和港口區(qū)共9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積1433km2，占防城區(qū)、港口區(qū)總面積51.45%，灌區(qū)總耕地面積17.47km2.目前灌區(qū)總干渠設(shè)計流量12m3/s，總長10.08km.左干渠設(shè)計流量8.4m3/s ，總長66.6km，右干渠設(shè)計流量3.6m3/s ，總長21.78km.渠系建筑物經(jīng)過二十多年的運(yùn)行，淤積、滲漏、崩塌較普遍，附屬建筑及設(shè)備損壞嚴(yán)重，特別是渡槽、斗閘門損壞更為突出。為提高灌區(qū)的灌溉效益，并為企沙工業(yè)園供水，發(fā)展臨海工業(yè)園經(jīng)濟(jì)，防城港市政府決定對總長98km總干渠及左右干渠進(jìn)行防滲加固擴(kuò)能整治建設(shè)。本工程測量任務(wù)是對灌區(qū)干渠進(jìn)行地形測繪，為設(shè)計提供帶狀平面地形圖以及縱橫斷面。

　　2、縱橫斷面測量工作方法

　　優(yōu)選渠道斷面測量工作方法是在實(shí)地沿渠道中心軸線用皮尺量出渠道的里程，從0+000樁號開始，每隔20米標(biāo)上一個橫斷面樁號，有重要水利附屬設(shè)施或渠道地形變化較大的地方增加橫斷面樁號。用水準(zhǔn)儀從首級控制點(diǎn)引測高程到斷面中樁，由此整理各中樁里程和高程成圖便得到渠道縱斷面圖。然后進(jìn)行橫斷面測量，通常橫斷面測量有二種方法，第一種是實(shí)地丈量法，即從中樁開始向橫斷面兩側(cè)用兩把直尺垂直相交量出地性線上各點(diǎn)的間距和高差，整理數(shù)據(jù)繪成橫斷面，這種方法要求施測人員必須到達(dá)斷面上各特征點(diǎn)。由于長岐灌區(qū)七十年代中期投入運(yùn)行以來，長年失修，塌方時有發(fā)生，渠道兩岸邊坡陡峭且沒有規(guī)則，測量每個斷面都要付出很大的代價，單純采用這種方法將浪費(fèi)大量的人力物力；第二種方法是實(shí)地丈量結(jié)合全站儀測量，在地勢平坦易于行走的地方采用實(shí)地丈量法，其他地方則采用全站儀測量，其優(yōu)點(diǎn)是省時省物力，解決了高邊坡上施測人員無法丈量斷面的問題，我們采用此法。工作中發(fā)現(xiàn)渠道的某些地方，如灌區(qū)總干渠6+500至7+510段，渠道兩邊高邊坡都是石質(zhì)邊坡，坡度超過60度且變化無規(guī)律，受條件限制，施測人員難以到達(dá)邊坡中間特征點(diǎn)上采點(diǎn)，若簡單地用邊坡坡腳點(diǎn)與坡頂點(diǎn)相連，畫出的斷面與實(shí)地不符，造成工程測量精度和工程量概算的不合理偏差。為了解決這個問題，我們采用萊卡TPS1200無棱鏡全站儀測量。

　　3、無棱鏡測量技術(shù)簡介及其適用條件

　　3.1無棱鏡測量技術(shù)簡介無棱鏡測量技術(shù)基于相位法原理，發(fā)出的激光束極為窄小，可以非常精確地打到目標(biāo)上，保證高精度的距離測量。與有棱鏡測量相比較，其優(yōu)點(diǎn)是只要測點(diǎn)的反射介質(zhì)符合無棱鏡測量的條件，就不需要在測點(diǎn)上放置棱鏡，即可測量出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。此項(xiàng)技術(shù)在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，它具有良好的技術(shù)規(guī)范：高精度（3mm + 2ppm），大范圍（使用柯達(dá)灰度標(biāo)準(zhǔn)卡，其范圍可達(dá)180米[1]），具有可見的紅色激光斑，以及很小的光束直徑。為了達(dá)到出色的標(biāo)準(zhǔn)，采用3R級可見激光，并采用相位法無棱鏡測距技術(shù)。由于對于國際激光標(biāo)準(zhǔn)來說，3R類的激光器相對來說還是比較新的，它經(jīng)常和3B類的激光器混合起來使用。3R級激光器是比較新的激光器標(biāo)準(zhǔn)，其安全性介于2類激光器和3B類激光器之間，包含更少的安全限制指導(dǎo)。從這個角度說，‘R’用來表示“要求的簡化”。 3R類激光器無反射棱鏡測距在應(yīng)用中能夠?qū)y量的范圍比采用2類激光器提高1倍，對于測量人員提高作業(yè)效率來說是有利的。根據(jù)國際激光安全標(biāo)準(zhǔn)，3R類激光器操作人員應(yīng)該注意不要使人眼直視激光束。當(dāng)測量人員在觸發(fā)測量鍵時，激光器才能被激活，測量完成就被關(guān)閉。當(dāng)打開激光指示器時，3R類激光器也能夠被激活。人眼暴露于這樣的激光線中時，自然的一些反應(yīng)（例如：瞳孔的縮小、斜視、視線的轉(zhuǎn)移）將或多或少的減少傷害，這樣，人眼由于在無意中處于激光束中較長時間而導(dǎo)致受傷的可能性可以忽略不計了。

　　3.2 無棱鏡測量技術(shù)的適用條件每種測量設(shè)備都有自身的特點(diǎn)和適用范圍，通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)無棱鏡測量技術(shù)適用條件如下：

　　（1）適用于通視條件好，反射介質(zhì)好的地方，在反射介質(zhì)較暗，吸光性太強(qiáng)，反射條件不好等地方不宜使用無棱鏡測量。

　?。?）無棱鏡測量技術(shù)適宜測量反射面裸露的測點(diǎn)高程，如巖石，房屋、公路等視線可及的地形、地物點(diǎn)高程。

　?。?）無棱鏡測量適用于視線沒有任何障礙的地形地物測量，若中間有障礙物則測量到的是障礙物的坐標(biāo)、高程。如要測400米外的地形點(diǎn)，若在200米的地方有樹葉擋住視線，將測到的是樹葉的坐標(biāo)、高程。

　　（4）無棱鏡測量要耗費(fèi)較大的電源，外業(yè)時要準(zhǔn)備充足的電源，必要時配置外掛電源。

　?。?）注意不要將激光束射向似鏡表面。

　?。?） 施測過程中不要長時間通過目鏡觀測標(biāo)的物，以免將眼睛長時間置于激光束中導(dǎo)致受傷。

　　（7）無棱鏡測量適用于人員難以到達(dá)，反射介質(zhì)好的地形地物測量，如懸崖、溪谷、客流大的公路、有劇毒的地物等。

　　4、萊卡TPS1200的特點(diǎn)及施測過程

　　4.1 TPS1200的特點(diǎn)萊卡TPS1200是一款超長測程、超高精度具備多種功能且簡單易用的全站儀。基于菜單的操作系統(tǒng)直觀明了，能夠引導(dǎo)用戶自主完成所需要的工作，用戶可以根據(jù)需要自行設(shè)定操作、顯示和輸出。TPS1200提供了很多的機(jī)載程序，如測量、設(shè)站、放樣、坐標(biāo)幾何等，可以用G eoC++編寫專用的機(jī)載程序。測量原理是同軸可見紅色激光相位測量 ，無棱鏡測程為500m ，測邊精度為2mm+2ppm/typ，測角精度為2〃。

　　4.2施測過程

　　4.2.1 控制測量渠道引水工程高程精度要求相當(dāng)高，由于渠道長，誤差積累多，誤差過大就會影響渠道引水流速，甚至引起渠道積水或是水倒流現(xiàn)象，影響供水效果。因此我們用賓得和索佳水準(zhǔn)儀兩個作業(yè)組同時作

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業(yè)，將高程從GPS首級控制點(diǎn)引測到各斷面上，高程閉合差皆滿足規(guī)范要求。在斷面線上選定通視條件好，容易設(shè)站的地方用TPS1200和腳架棱鏡做導(dǎo)線，加密圖根點(diǎn)至各斷面。

　　4.2.2 橫斷面測量

　　（1）儀器架設(shè)在加密圖根點(diǎn)上架設(shè)儀器，整平對中。然后進(jìn)行測站設(shè)置如輸入測站坐標(biāo)，定向等，按以下操作步驟進(jìn)行：

　?、僭诔绦虻膯咏缑妫碏3（設(shè)站）；

　?、趯⒐鈽?biāo)移以已知點(diǎn)作業(yè)，用導(dǎo)航鍵選擇已知點(diǎn)所在的作業(yè)；

　?、蹖⒐鈽?biāo)向下移到定向方法，用導(dǎo)航鍵選擇采用的定向方法；

　?、馨碏1（繼續(xù)）進(jìn)入下一窗口。選擇測站點(diǎn)的點(diǎn)號；

　?、葺斎牒笠朁c(diǎn)號。此時儀器會顯示持否定態(tài)度方位角，按F2（測距），可以看到方位角差、平距差及高差較差，用于評價定向質(zhì)量。

　?。?）創(chuàng)建線，操作步驟如下：

　　①激活主菜單管理/數(shù)據(jù)，按F6（換頁）將顯示窗口切換到線；

　?、贔2（新建）創(chuàng)建線；

　　③線編號：輸入線名稱，存儲點(diǎn)：選擇使用的點(diǎn)，線型：選擇線型；

　　④F1（保存）存儲。F6可激活輸入編碼信息。

　?。?）橫斷面線測量激活要測量的線，在測量窗口按順序測量線的細(xì)部，所測量的點(diǎn)自動歸類到激活的線。設(shè)置儀器的EDM類型，其含義如下：EDM類型：棱鏡（IR），使用紅外光配合棱鏡測距。

　　RL（RL），使用可見紅色激光進(jìn)行無棱鏡測距。

　　長距離（LO），長測程測距。

　　在通常情況下，把EDM類型設(shè)置在棱鏡（IR）狀態(tài)，用棱鏡配合全站儀進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，如此能較精確地采集到斷面特征點(diǎn)。在無棱鏡測量能及、沒有障礙物擋視線、反射介質(zhì)較好而且人較難到達(dá)的地方，則把DEM類型設(shè)置到RL狀態(tài)，即無棱鏡測量狀態(tài)，EDM模式設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)模式。瞄準(zhǔn)待測特征點(diǎn)，按測量鍵，儀器開始測量，2秒鐘后即可測量出該點(diǎn)坐標(biāo)。如此反復(fù)測量，直到不滿足用無棱鏡測量條件時，再把EDM類型設(shè)置到IR狀態(tài)，繼續(xù)測量。在測量過程中，按F6（換頁），切換到圖形窗口。在這個窗口同樣可以近F1（測存）、F2（測距）、F3（記錄），同時看到所測的點(diǎn)標(biāo)示在圖上。若有點(diǎn)偏離斷面線時，即刻修正到斷面線上。測量完或中斷線測量時，關(guān)閉該線。

　　4.2.3 橫斷面數(shù)字化成圖采集到原始數(shù)據(jù)后，通過南方CASS5.0軟件將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)里，展點(diǎn)成圖，量算出各點(diǎn)的累距和高程，整理成“累距/高程”式*.hdm文件，導(dǎo)入南方CASS5.0成圖軟件，用里程生成斷面圖形如7+040橫斷面圖：

　　7+040橫斷面圖5 短距離無棱鏡測量的粗差探測因?yàn)闊o棱鏡測量技術(shù)作為測繪界的一項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)，其精度如何是人們最關(guān)心的問題，為此我們在視野開闊、反射介質(zhì)較好的地方在（IR）狀態(tài)用紅外光配合棱鏡測距和RL狀態(tài)（無棱鏡測量）采集兩組數(shù)據(jù)。由于所測的距離不越過300米，斜距的氣象改正、加乘常數(shù)改正、傾斜改正、投影改正都非常小[2]，其影響忽略不計。

　　6、總結(jié)

　　6.1 無棱鏡全站儀測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)通過長岐灌區(qū)地形測量、斷面測量等工程實(shí)踐，體會到無棱鏡測量技術(shù)在測繪界中應(yīng)用，解放了生產(chǎn)力，提高工作效率。按常規(guī)測繪方法，紅外光配合棱鏡測量，正常情況下，平均一天測得1.4km的斷面。若在同一工程中同時采用無棱鏡測量技術(shù)和有棱鏡測量技術(shù)，只要在反射介質(zhì)不符合條件的地方實(shí)行有棱鏡測量，凡是符合無棱鏡測量條件的地方，都可以直接測量，不需要施測人員到達(dá)特征點(diǎn)放置棱鏡，大大節(jié)省人力物力，同樣條件下，平均一天測量1.8km的斷面，工作效率提高近30%，節(jié)省了時間，加快外業(yè)進(jìn)度，提高工作效率，降低測量人員的勞動強(qiáng)度，能快速、準(zhǔn)確地為有關(guān)部門提供測量成果[3]，為后期各專業(yè)設(shè)計工作的提前展開創(chuàng)造了條件。

　　綜上所述，無棱鏡測量技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）無棱鏡測量適用于測會人員難以到達(dá)的特征點(diǎn)，如陡峭石崖、有劇毒的化工地區(qū)、高溫高壓地區(qū)等。

　?。?）快速、準(zhǔn)確，節(jié)省人力物力，節(jié)約時間。

　　（3）適用于反射介質(zhì)較好的城市測量、地籍測繪，甚至實(shí)現(xiàn)單人測量。

　?。?）可準(zhǔn)確測繪某些禁區(qū)邊界或禁區(qū)內(nèi)有限范圍的地形地物，有利于提供工程規(guī)劃區(qū)完整地形信息，省去常規(guī)工作為進(jìn)入這些禁區(qū)所需要的有關(guān)社會工作協(xié)調(diào)事項(xiàng)。

　　6.2 建議無棱鏡測量技術(shù)雖然有多方面的優(yōu)越性能和先進(jìn)性能，但不是萬能的，特別對野外各種不同的觀測條件，儀器不可能改變它，也不可能完全適應(yīng)。因此作業(yè)人員應(yīng)充分了解此新技術(shù)的特性，采取必要的措施，揚(yáng)長避短，才能更好地發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的優(yōu)勢，取得良好的觀測成果。我們在邊使用、邊摸索的過程中認(rèn)為有以下幾點(diǎn)建議值得大家共同探討：

　?。?）針對無棱鏡測量受障礙物限制，容易造成施測標(biāo)的物錯誤的情況，建議在設(shè)備上增設(shè)無棱鏡測距范圍的功能，充分利用作業(yè)人員的目估能力。如要測400米處的標(biāo)的物，設(shè)置測距范圍為350-420米，就不會錯誤地測200米處的標(biāo)目物。

　?。?）為避免眼睛被激光傷害，建議增設(shè)一個大功率的可見光瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。

　　參考文獻(xiàn)：

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