【摘要】：介紹無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)在廣西防城港市長(zhǎng)岐灌區(qū)渠道斷面測(cè)量的應(yīng)用情況，對(duì)無(wú)棱鏡測(cè)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(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)；斷面測(cè)量；精度分析

1 工程概況
防城港市長(zhǎng)岐灌區(qū)位于廣西最南部，十萬(wàn)大山南麓。灌區(qū)轄防城港市防城區(qū)和港口區(qū)共9個(gè)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(jì)流量12m3/s,總長(zhǎng)10.08km。左干渠設(shè)計(jì)流量8.4m3/s ，總長(zhǎng)66.6km，右干渠設(shè)計(jì)流量3.6m3/s ，總長(zhǎng)21.78km。渠系建筑物經(jīng)過(guò)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(duì)總長(zhǎng)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(cè)量任務(wù)是對(duì)灌區(qū)干渠進(jìn)行地形測(cè)繪，為設(shè)計(jì)提供帶狀平面地形圖以及縱橫斷面。

2 縱橫斷面測(cè)量工作方法優(yōu)選
渠道斷面測(cè)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(hào)開始，每隔20米標(biāo)上一個(gè)橫斷面樁號(hào)，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(hào)。用水準(zhǔn)儀從首級(jí)控制點(diǎn)引測(cè)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(cè)量，通常橫斷面測(cè)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(cè)人員必須到達(dá)斷面上各特征點(diǎn)。由于長(zhǎng)岐灌區(qū)七十年代中期投入運(yùn)行以來(lái)，長(zhǎng)年失修，塌方時(shí)有發(fā)生，渠道兩岸邊坡陡峭且沒有規(guī)則，測(cè)量每個(gè)斷面都要付出很大的代價(jià)，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(cè)量，在地勢(shì)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(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)是省時(shí)省物力，解決了高邊坡上施測(cè)人員無(wú)法丈量斷面的問(wèn)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(guò)60度且變化無(wú)規(guī)律，受條件限制，施測(cè)人員難以到達(dá)邊坡中間特征點(diǎn)上采點(diǎn)，若簡(jiǎn)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(cè)量精度和工程量概算的不合理偏差。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用萊卡TPS1200無(wú)棱鏡全站儀測(cè)量。

3 無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介及其適用條件
3.1無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介
無(wú)棱鏡測(cè)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(cè)量。與有棱鏡測(cè)量相比較，其優(yōu)點(diǎn)是只要測(cè)點(diǎn)的反射介質(zhì)符合無(wú)棱鏡測(cè)量的條件，就不需要在測(cè)點(diǎn)上放置棱鏡，即可測(cè)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(jí)可見激光，并采用相位法無(wú)棱鏡測(cè)距技術(shù)。由于對(duì)于國(guó)際激光標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，3R類的激光器相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較新的，它經(jīng)常和3B類的激光器混合起來(lái)使用。3R級(jí)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(gè)角度說(shuō)，‘R’用來(lái)表示“要求的簡(jiǎn)化”。 3R類激光器無(wú)反射棱鏡測(cè)距在應(yīng)用中能夠?qū)�測(cè)量的范圍比采用2類激光器提高1倍，對(duì)于測(cè)量人員提高作業(yè)效率來(lái)說(shuō)是有利的。根據(jù)國(guó)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(cè)量人員在觸發(fā)測(cè)量鍵時(shí)，激光器才能被激活，測(cè)量完成就被關(guān)閉。當(dāng)打開激光指示器時(shí)，3R類激光器也能夠被激活。人眼暴露于這樣的激光線中時(shí)，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(wú)意中處于激光束中較長(zhǎng)時(shí)間而導(dǎo)致受傷的可能性可以忽略不計(jì)了。

3.2 無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)的適用條件
每種測(cè)量設(shè)備都有自身的特點(diǎn)和適用范圍，通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)無(wú)棱鏡測(cè)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(wú)棱鏡測(cè)量。
(2)無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)適宜測(cè)量反射面裸露的測(cè)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。
(3)無(wú)棱鏡測(cè)量適用于視線沒有任何障礙的地形地物測(cè)量，若中間有障礙物則測(cè)量到的是障礙物的坐標(biāo)、高程。如要測(cè)400米外的地形點(diǎn)，若在200米的地方有樹葉擋住視線，將測(cè)到的是樹葉的坐標(biāo)、高程。
(4)無(wú)棱鏡測(cè)量要耗費(fèi)較大的電源，外業(yè)時(shí)要準(zhǔn)備充足的電源，必要時(shí)配置外掛電源。
(5)注意不要將激光束射向似鏡表面。
（6） 施測(cè)過(guò)程中不要長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)目鏡觀測(cè)標(biāo)的物，以免將眼睛長(zhǎng)時(shí)間置于激光束中導(dǎo)致受傷。
(7)無(wú)棱鏡測(cè)量適用于人員難以到達(dá)，反射介質(zhì)好的地形地物測(cè)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(cè)過(guò)程
4.1 TPS1200的特點(diǎn)
萊卡TPS1200是一款超長(zhǎng)測(cè)程、超高精度具備多種功能且簡(jiǎn)單易用的全站儀�；�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(cè)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(cè)量原理是同軸可見紅色激光相位測(cè)量 ,無(wú)棱鏡測(cè)程為500m ，測(cè)邊精度為2mm+2ppm/typ,測(cè)角精度為2〃.
4.2 施測(cè)過(guò)程
4.2.1 控制測(cè)量
渠道引水工程高程精度要求相當(dāng)高，由于渠道長(zhǎng)，誤差積累多，誤差過(guò)大就會(huì)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(gè)作業(yè)組同時(shí)作業(yè)，將高程從GPS首級(jí)控制點(diǎn)引測(cè)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(cè)量
(1) 儀器架設(shè)
在加密圖根點(diǎn)上架設(shè)儀器，整平對(duì)中。然后進(jìn)行測(cè)站設(shè)置如輸入測(cè)站坐標(biāo)，定向等，按以下操作步驟進(jìn)行：
①在程序的啟動(dòng)界面，按F3(設(shè)站)；
②將光標(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)；
③將光標(biāo)向下移到定向方法，用導(dǎo)航鍵選擇采用的定向方法；
④按F1(繼續(xù))進(jìn)入下一窗口。選擇測(cè)站點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)；
⑤輸入后視點(diǎn)號(hào)。此時(shí)儀器會(huì)顯示持否定態(tài)度方位角，按F2(測(cè)距)，可以看到方位角差、平距差及高差較差，用于評(píng)價(jià)定向質(zhì)量。
(2) 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(yè))將顯示窗口切換到線；
②F2(新建)創(chuàng)建線；

③線編號(hào)：輸入線名稱，存儲(chǔ)點(diǎn)：選擇使用的點(diǎn)，線型：選擇線型；
④F1(保存)存儲(chǔ)。F6可激活輸入編碼信息。
(3) 橫斷面線測(cè)量
激活要測(cè)量的線，在測(cè)量窗口按順序測(cè)量線的細(xì)部，所測(cè)量的點(diǎn)自動(dòng)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(cè)距。
RL(RL)，使用可見紅色激光進(jìn)行無(wú)棱鏡測(cè)距。
長(zhǎng)距離(LO)，長(zhǎng)測(cè)程測(cè)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(wú)棱鏡測(cè)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(wú)棱鏡測(cè)量狀態(tài)，EDM模式設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)模式。瞄準(zhǔn)待測(cè)特征點(diǎn)，按測(cè)量鍵，儀器開始測(cè)量，2秒鐘后即可測(cè)量出該點(diǎn)坐標(biāo)。如此反復(fù)測(cè)量，直到不滿足用無(wú)棱鏡測(cè)量條件時(shí)，再把EDM類型設(shè)置到IR狀態(tài)，繼續(xù)測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中，按F6(換頁(yè))，切換到圖形窗口。在這個(gè)窗口同樣可以近F1(測(cè)存)、F2(測(cè)距)、F3(記錄)，同時(shí)看到所測(cè)的點(diǎn)標(biāo)示在圖上。若有點(diǎn)偏離斷面線時(shí)，即刻修正到斷面線上。測(cè)量完或中斷線測(cè)量時(shí)，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(guò)南方CASS5.0軟件將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(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(wú)棱鏡測(cè)量的粗差探測(cè)
因?yàn)闊o(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)作為測(cè)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(wèn)題，為此我們?cè)谝曇伴_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(cè)距和RL狀態(tài)(無(wú)棱鏡測(cè)量)采集兩組數(shù)據(jù)。由于所測(cè)的距離不越過(guò)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(jì)。直接采集到的平距數(shù)據(jù)如數(shù)據(jù)對(duì)照表 :
數(shù)據(jù)對(duì)照表
點(diǎn) 號(hào) 1 2 3 4 5
有棱鏡平距Di(m) 61.8263 63.4721 67.7310 69.3298 88.0427
無(wú)棱鏡平距Dr(m) 61.8265 63.4720 67.7312 69.3297 88.0428
△D +0.0002 -0.0001 +0.0002 -0.0001 +0.0001
由上表可以看出，TPS1200有棱鏡測(cè)量的平距與無(wú)棱鏡測(cè)量的平距基本一致， △D最大為0.2mm,相對(duì)精度為3.2×10-6，其粗差很小，滿足測(cè)量精度要求。

6 總結(jié)
6.1 無(wú)棱鏡全站儀測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
通過(guò)長(zhǎng)岐灌區(qū)地形測(cè)量、斷面測(cè)量等工程實(shí)踐，體會(huì)到無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪界中應(yīng)用，解放了生產(chǎn)力，提高工作效率。按常規(guī)測(cè)繪方法，紅外光配合棱鏡測(cè)量，正常情況下，平均一天測(cè)得1.4km的斷面。若在同一工程中同時(shí)采用無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)和有棱鏡測(cè)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(cè)量，凡是符合無(wú)棱鏡測(cè)量條件的地方，都可以直接測(cè)量，不需要施測(cè)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(cè)量1.8km的斷面，工作效率提高近30%，節(jié)省了時(shí)間，加快外業(yè)進(jìn)度，提高工作效率，降低測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，能快速、準(zhǔn)確地為有關(guān)部門提供測(cè)量成果[3]，為后期各專業(yè)設(shè)計(jì)工作的提前展開創(chuàng)造了條件。

綜上所述，無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：
(1)無(wú)棱鏡測(cè)量適用于測(cè)會(huì)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。
(2)快速、準(zhǔn)確，節(jié)省人力物力，節(jié)約時(shí)間。
(3)適用于反射介質(zhì)較好的城市測(cè)量、地籍測(cè)繪，甚至實(shí)現(xiàn)單人測(cè)量。
(4)可準(zhǔn)確測(cè)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(huì)工作協(xié)調(diào)事項(xiàng)。
6．2 建議
無(wú)棱鏡測(cè)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(wàn)能的，特別對(duì)野外各種不同的觀測(cè)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(zhǎng)避短，才能更好地發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，取得良好的觀測(cè)成果。我們?cè)谶吺褂�、邊摸索的過(guò)程中認(rèn)為有以下幾點(diǎn)建議值得大家共同探討：
(1)針對(duì)無(wú)棱鏡測(cè)量受障礙物限制，容易造成施測(cè)標(biāo)的物錯(cuò)誤的情況，建議在設(shè)備上增設(shè)無(wú)棱鏡測(cè)距范圍的功能，充分利用作業(yè)人員的目估能力。如要測(cè)400米處的標(biāo)的物，設(shè)置測(cè)距范圍為350-420米，就不會(huì)錯(cuò)誤地測(cè)200米處的標(biāo)目物。
(2)為避免眼睛被激光傷害，建議增設(shè)一個(gè)大功率的可見光瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。