全站仪免棱镜测量

全站仪免棱镜测量（精选7篇）

全站仪免棱镜测量 篇1

在建设项目竣工后, 需要依据现有的测量规范和标准, 进行竣工测量工作, 同时与建设项目的各项规划指标进行对比, 为建设项目的审批后监督管理和规划验收提供基础数据。根据现有规范的要求, 竣工测量主要包括竣工地形图测绘、立面测量、建筑物高度测量及属性调查等内容。可以看出, 竣工测量所涉及的项目比较多, 测量的难度大;且竣工测量成果作为规划验收的标准和依据, 具有行政法律效力, 精度要求高。近年来, 超高层、异形、复杂大型建筑日益增多, 传统的竣工测量方式需要测量人员抵达测量点并使用棱镜配合测量, 而很多大型复杂建筑的关键测绘点难以抵达, 这给竣工测量带来了一定的难度, 采用传统方法难以满足竣工测量的要求。

1 免棱镜全站仪在竣工测量中的应用

1.1 免棱镜全站仪简介

传统全站仪测量需要棱镜配合, 即将棱镜放置在需要测量的位置才能开始测量。在竣工测量中, 很多建 (构) 筑物在高空中结构发生变化, 或存在楼顶拐角等测量人员难以抵达的区域, 如何采集数据值的探讨。免棱镜全站仪是免棱镜测距技术与传统全站仪的结合, 不需要棱镜配合就可以进行测量, 实现“所瞄即所测, 所测即所得”, 测量方便快捷, 具有传统全站仪不可比拟的优势。免棱镜全站仪测量时, 不需要棱镜配合观测人员即可进行观测, 极大的提高了生产效率;可以直接观测测绘人员难以到达的特征点, 极大的降低了劳动强度和危险程度。不过由于免棱镜全站仪“所瞄即所测”的特点, 在测量时需要注意避开其他物体的遮挡、避免测量玻璃等透明的建筑材质, 以免引起测量位置错误。

相对于普通全站仪而言, 免棱镜全站仪具备以下优点: (1) 坐标采集过程较为简捷, 对于测程范围内的地物, 无需前往放置接触式反射棱镜或反射片, 即可在测站点完成目标靶点的坐标测量工作, 。提高了危险场区测量的安全性; (2) 作业效率高, 测量精度好, 免棱镜全站仪无需司镜人员的目标移动, 针对高层悬空轮廓拐角等特征点, 可以直接进行坐标测量, 避免垂直人工投影照准或传统皮尺解析计算的误差来源, 极大提升了坐标观测的精度。

1.2 免棱镜全站仪在竣工测量中的应用

免棱镜全站仪, 以其快速、精准、高效的有点, 在工程竣工验收过程中, 得到广泛应用, 下面分别从竣工验收的分支环节中进行详细论述。

(1) 建筑物高度测定。建筑物竣工验收阶段, 需要采集其实际建筑高度, 通过日照分析计算, 来客观评定建筑物相对于周边环境的遮光影响。然而在测定建筑高度时, 无论传统钢尺测量, 还是全站仪悬高三角测量, 对于建筑物顶部斜坡、周边带有挑檐等情况, 均难以精确测定其实际高度, 而免棱镜全站仪无需人工放置反射对象, 只要满足通视条件, 即可采用LD激光, 以对边测量的形式, 求取建筑物最高点与最低点在垂直方向的距离差HD, 即可求得建筑物的实际高度。

(2) 建筑物平面位置测绘。利用免棱镜全站仪, 测绘建筑物轮廓特征点的三维坐标信息时, 相对普通全站仪投影法测量来讲, 规避了点位投影误差, 同时由于采集的点位信息, 均为真实的三维坐标, 更有利于后期竣工平面图的绘制。对于悬空走廊、阳台边线与高层挑檐的平面坐标测绘, 较之传统手段更为科学, 尤其外轮廓存在层间差异的建筑物 (例如酒店) , 当无法采用钢尺量距、全站仪棱镜测量时, 应用免棱镜模式, 即可完成外立面的坐标采集, 然后通过内业成图, 精准的计算每层的外围建筑面积。

(3) 建筑物立面图的测量。建筑物立面测量时竣工测量的重要内容之一。随着建筑科技的发展, 异形建筑越来越多, 结构复杂, 很多区域测量人员难以抵达, 立面测量难度大。采用免棱镜全站仪进行测量, 可以充分发挥其远距离无接触测量的优点, 测量精度高, 速度快, 测量成果便于成图。

1.3 免棱镜全站仪测量精度分析和检核

1.3.1 免棱镜全站仪测量精度分析

免棱镜全站仪测角原理与普通全站仪相同, 因此影响免棱镜全站仪测量精度的主要要素为测距精度。根据实验结果, 免棱镜全站仪的测距精度与测量时的入射角度密切相关, 当全站仪与测量平面垂直时, 测量速度最快, 精度也最高;随着入射角度的减小, 测量速度会逐渐减慢, 精度也越来越低, 当入射角度在20°时, 测量速度非常缓慢, 测量的精度也急剧下降, 当入射角度在10°左右时, 很难获得测量成果。可以看出, 测量入射角时影响免棱镜全站仪测距精度的重要因素, 在实地测量时, 应尽可能避免小角度测量, 可以通过棱镜配合或转站的方式完成入射角度小的地形地物点测量工作。

1.3.2 测量精度检核

竣工测量工作完成以后, 为了检核免棱镜全站仪测量的精度, 采用常规全站仪、激光测距仪对免棱镜全站仪竣工测量成果进行了精度检核, 重点检核了关键点的点位较差、建筑物主要边长长度、免棱镜三角高程测量成果等。

(1) 平面点位精度检核。采用常规测量方法测量免棱镜全站仪测量的地物点, 并计算两者的点位较差, 计算结果见表1。

从表1可以看出, 免棱镜全站仪的平面精度较高, 可以满足竣工测量的要求。

(2) 建筑物边长长度检核。将免棱镜全站仪测量得到的建筑物拐角坐标反算, 得到建筑物边长, 采用激光测距仪进行检核, 结果表明, 建筑物边长长度较差均小于5cm, 精度较高, 可以满足竣工测量的要求。

(3) 三角高程精度检核。根据免棱镜全站仪精度分析, 同样, 与常规全站仪相比, 免棱镜全站仪三角高程主要受到测距精度的影响。根据检核结果, 两种方法测量的较差均小于5cm, 精度较高。

2 免棱镜全站仪测量需要注意的问题

(1) 测量时避免被遮挡。由于免棱镜全站仪“所瞄即所测”的特点, 在测量时需要注意避开其他物体的遮挡、避免测量玻璃等透明的建筑材质, 以免引起测量位置错误。测量结束后, 需要对测量成果进行分析, 发现异常点需要及时分析原因, 确保成果的准确性和可靠性。

(2) 由于测量入射角度直接影响免棱镜全站仪的测量精度, 因此, 测量时需要充分考虑此因素, 对于入射角过小的地形地物点, 需要采用棱镜配合测量或转站后测量, 避免误差超限。

(3) 采用免棱镜方法测量时, 测量员与绘图员要认真沟通, 避免测量的地物点点号记混记错, 导致绘图连线错误。

(4) 由于长时间免棱镜测量电量消耗较大, 因此, 进行免棱镜测量时需要准备备用电池, 避免电量不足影响测量进度。

3 结论

由于免棱镜全站仪可以无需棱镜配合即可远距离测量, 实现了“所瞄即所测”, 应用于竣工验收测量、工程地形测绘方面, 通过改进传统测绘作业模式, 避免了棱镜安放的人为误差, 降低了数据采集耗时, 提高了测绘工作的整体效率, 取得了良好的经济与社会效益。当然, 也存在一定的局限性, 例如免棱镜全站仪为点测量模式, 测量效率相对偏低, 近年来地面三维激光扫描技术的发展, 实现了面式测量, 可以快速获取海量的三维点位数据, 数据获取更加方便, 测量速度更快, 成为复杂异形建筑竣工测量及三维建模数据获取的趋势。

摘要：新建建筑竣工测量成果是规划验收的依据, 精度要求高, 新建建筑竣工测量成果是规划验收的依据, 精度要求较高, 且随着复杂建筑的增多, 竣工测量难度大。介绍了免棱镜全站仪的工作原理, 分析了竣工测量的主要内容, 并对免棱镜全站仪成果进行检核, 结果表明, 做好质量控制时, 免棱镜全站仪测量精度可以满足竣工测量的精度要求。

关键词：竣工测量,免棱镜,全站仪精度

参考文献

[1]岳建平, 高永刚, 谢波.无反射棱镜全站仪测距性能测试[J].测绘工程, 2005, 14 (2) :35-37.

[2]范百兴, 夏治国.全站仪无棱镜测距与精度分析[J].北京测绘, 2004 (1) :28-30.

[3]张顺期, 李黎, 谢树明.建筑工程规划验收竣工测量关键工艺探讨[J].城市勘测, 2012 (1) :138-142.

[4]吕磊, 邢汉发, 王叙泉.三维激光扫描技术在城市建筑竣工测量中的应用研究[J].城市勘测, 2014 (1) :94-98.

全站仪免棱镜测量 篇2

关键词：免棱镜全站仪,对边测量,建筑立面测量

随着我国国民经济的发展,建筑物日照采光越来越受到关注。目前,国内大部分城市的规划管理部门在控制建筑密度和审批建设方案时,通常采用间距控制标准,即按一定比例来控制相邻建筑之间的距离。

建设单位可委托有关部门对拟建高层建筑可能产生的日照影响进行分析,编制《日照分析报告》,以此作为规划管理部门审核建设工程规划设计方案的依据之一。对已有建筑的分层窗位图、屋顶平面图及立面图的测量成果是《日照分析报告》的重要依据。

1 免棱镜全站仪的原理

1.1 免棱镜测量原理

免棱镜测距技术,是利用光照射到物体表面会发生漫反射这一原理,通过测得的时间差计算得到待测距离。

如果空气中光以速度c在A、B两点间往返一次所需时间为t,则A、B两点间距离D可用式(1)表示。

所以,要测量A、B两点间距离,实际上只要得到光传播的时间t即可。

免棱镜测量可采用测距仪或全站仪实施。根据测量时间的方法不同,激光测距仪可分为脉冲式和相位式两种。免棱镜全站仪SOKKIA SET1 130R3,采用的是相位式测距技术,标称测角精度1″。无协作目标最远测程3 500 m。基本满足对日照分析报告中的建筑物测量外业需要。

1.2 对边测量

对边测量可以间接测量两点间的距离和高差,通常适用于待测两点有障碍不能通视或者待测两点不便甚至不能安置仪器的情况。对边测量的原理如图1所示。

A、B为待测两点,O为测站。通过获得斜距S1、S2,竖直角α1、α2,水平角β,便可计算得到A、B点的距离D和高差h。

免棱镜全站仪具备了对边测量的内置功能,可在建筑物测量中获取建筑物立面的门窗尺寸及位置,或建筑物屋顶的详细数据。

2 建筑物测量步骤

2.1 测前准备

进行一个建筑物测量项目之前,首先要搜集待测区域最新版的电子地形图,明确待测建筑物的分布并编号。寻找邻近的城市高程控制点,为引测绝对标高做准备。

2.2 建筑角点检查及水准引测

建筑物的位置信息是获取准确日照分析结果的前提。因此,测量时首先要对建筑物的主要角点进行坐标复测,地物点之间的间距中误差应≤±10 cm,施测困难地区应≤±15 cm。对于现场与电子地形图极度不符的情况,还需进行地形修测。

水准点应尽量布设在开阔、行人及车辆较少的地点,并且保证点位密度,以便使用免棱镜全站仪直接进行后视测量。按GB 50026—2007《工程测量规范》的图根测量标准;水准线路的闭合差限差应该控制在(式中:L为水准线跨长度,mm)。

2.3 建筑立面测量

日照分析测量的对象是建筑物的门、窗等,只要得到门、窗的底(顶)高程以及门窗边线与已知建筑角点的距离,便可进行成图。

具体测量方法如下:尽量选择与建筑物待测立面通视良好的地点架设全站仪,将仪器高与棱镜高分别置零,使用激光测距功能测量后视点,得到与仪器中心的高差,这样便可算出仪器中心的高程。将算得的高程作为仪器高输入至全站仪,并保持棱镜高仍为零。此时开始逐一测量建筑物立面上的门窗等对象的底(顶)高程,并绘制草图记录数据。

在使用全站仪的对边测量功能时,选取折线对边功能,首先照准已知坐标的建筑物角点作为起点,按照一定顺序逐层测量墙角至窗边、窗宽、窗边到门边等的水平距离,并记录数据于手簿。

此外,屋檐的尺寸、阳台的深度等也可通过对边测量功能得到具体数据。至此,建筑物的待测立面信息采集完毕。如遇到遮挡无法照准门窗的某个具体角点,可以根据建筑物的门窗排列规律,通过测量其他位置推断得出待测数据。

2.4 建筑屋顶测量

对于仅有若干水箱或电梯(楼梯)间的简单建筑物屋顶,仍可以使用免棱镜全站仪测量屋顶顶高,并利用对边测量功能交会某个待测角点到已知坐标的建筑物角点的距离从而得到具体位置。

但遇到平改坡屋顶或老城区中老虎窗密集的屋顶,上述的办法就显得烦琐。

经过实验,可用以下简便方法:选择与待测建筑邻近的高层建筑物并登入其屋顶,在可以俯视待测建筑(或建筑群)的位置架设全站仪,通过测量水准点或者已知高程的某个建筑物位置,推算得到仪器中心的高程。将此数据作为仪器高输入至全站仪,采用等同于地形测量的极坐标法俯视测量待测建筑(或建筑群)的屋顶,并同时测量>3点的已知建筑物角点,通过内业数据处理,便可得到整个俯视区域的建筑物屋顶信息。

2.5 内业成图

通过外业测量获得了建筑物的详细数据后,通过Auto CAD软件进行成果图绘制。需要强调的是,由于对边测量获得的分段边长之和不可能总与建筑物总长完全一致,因此,在绘制分层窗位图前,需要对测量数据进行“平差”处理。一般情况下,某幢建筑的门窗大小均有规律性,有必要在尊重实际测量结果的基础上将门窗的长宽调整为一致。

同样,针对某幢建筑物,层高一般也具有规律性,因此,在绘制建筑物立面图时,也有必要对实测数据进行微小调整,反映出层高规律,以便设计单位进行日照分析。

3 工程实例

上海市杨浦区某地块拟开发建造高层建筑物3幢。其北侧居住小区的部分建筑物可能受到采光影响,需进行日照分析测量。根据初步设计方案,测量共涉及已有建筑12幢。

用动态GPS及免棱镜全站仪进行建筑物角点坐标复核,复核结果无超限情况,水准测量起算自城市高程控制网点,线路全长2.0 km,闭合差-10 mm,满足规范的规定。

以已有建筑物B4为例,介绍单体建筑物测量方法。图2为建筑物现场照片。

1)使用免棱镜全站仪照准建筑物西角,利用对边测量功能依次向东进行窗位间距及窗宽测量并绘制草图记录数据。其目的等同于钢尺量距,但有效解决了测量人员无法到达区域的测量问题。图2所示,建筑物一层被搭建遮挡,二层及以上无法近身量距,免棱镜全站仪的使用完全避免了这些问题的产生。

2)利用对边测量功能,采用交会法分别测量屋顶水箱角到建筑物东西角的距离,从而确定每个屋顶水箱的平面位置。

3)使用全站仪,采用三角高程法逐个窗位测量窗底窗顶高程及建筑物顶和水箱顶的高程,并记录。

4)根据测量数据及外业草图,在Auto CAD平台下绘制单体建筑成果图。

全站仪免棱镜测量 篇3

关键词：施工技术,中低速磁浮交通,道岔,安装,测量

1 中低速磁浮交通概况

中低速磁悬浮系统作为新兴的城市轨道交通制式之一, 经过国内相关科研院所和工程实施单位的研制开发, 目前已经进入实用化阶段。北京、长沙等城市已经开展了示范线的建设。

中低速磁悬浮交通系统的原理如图1所示, F型轨道固定在钢轨枕上。轨道截面结构为倒F形, , 在轨道表面有直线电机反应板, 轨道的凹槽面为悬浮间隙检测面, 两处突出的平面为悬浮面。轨道横断面入图2所示。

2 中低速磁浮轨道的几何形位

鉴于目前中低速磁浮交通系统尚未专门制定轨道技术标准, 其轨道的几何形位指标参照轮轨交通系统, 针对讨论的内容, 主要涉及以下几个指标, 见表1。

2.1 轨距

磁悬浮F型轨道的轨距是指轨道两侧两悬浮磁极面中心的距离。唐山磁浮试验线轨距为2000mm;日本名古屋东部丘陵线轨距为1700mm;上海磁浮试验线轨距为1900mm。实际测量点为两侧轨道最外侧点之间的距离。

2.2 轨向

指轨道梁外侧面的轨距点沿轨道纵向铺设方向的变化情况。轨向不平顺会引起磁浮车辆的侧摆、摇头振动, 连续的轨向不平顺将引起车辆蛇行和滚摆。

2.3 高低和水平

F轨道的前后高低以及水平控制基准为F轨底部磁极面。

3 中低速磁悬浮道岔F轨安装检测

道岔是中低速磁悬浮交通系统中的换线设备如图3所示, 在交通系统运营中起着重要作用。道岔设备安装工程由基础施工轨道梁吊装、锁定及驱动装置安装、电气设备安装、安全及监控系统安装等组成。道岔供应商在道岔出厂前, 已经将F轨道安装于道岔梁上, 轨道梁之间的F轨在架设现场安装。本文所指的F轨检测就是指道岔现场架设完毕, 轨道梁线形状态满足技术标准的情况下, 对F轨进行的安装状态检测。

目前, 在我国中低速磁悬浮试验线上, 道岔安装工程以及日常检修过程中, F轨的检测维护主要是通过人工完成, 如利用拉弦线方法检测轨向;利用轨道尺检测水平和轨距;利用游标卡尺检测轨缝。这种人工检查存在着精度差、效率低等诸多问题, 已不能满足磁悬浮轨道检测高效率, 低成本的需要。

本文提出了一种适用于短距离范围 (D<35m) 的道岔F轨道形位测量方法, 该方法易于实施, 操作性强, 具备规范、实用、高效的特点。

4 免棱镜全站仪坐标检测方法

免棱镜测量技术基于相位法原理, 发出的激光束极为窄小, 可以非常精确地打到目标上, 保证高精度的距离测量。与有棱镜测量相比较, 其优点是只要测点的反射介质符合无棱镜测量的条件, 就不需要在测点上放置棱镜, 即可测量出该点的三维坐标。具有高精度 (2mm+2ppm) 、大范围 (使用柯达灰度标准卡, 其范围可达180m) 、很小的可见激光斑方便操作等特点[3]。使用在道岔F轨安装测量时, 测量范围最大仅为35m, 可以得到精度<1mm的测量数据, 完全满足安装要求。

本文使用SOKKIA SET2130免棱镜全站仪。

该测量方法仅限于对道岔F轨道进行状态评估。采用全站仪的免棱镜坐标测量技术, 使用专用F轨测量工具, 用专用程序对全站仪输出数据进行格式转化, 得到EXCEL环境下的F轨道三维坐标数据, 与设计坐标数值进行比较, 评估F轨道安装状态。

4.1 测量方法

测量时, 将全站仪置于磁浮道岔固定端垛梁中心线位置, 检查主动梁中心线与固定端垛梁中心线是否重合, 检查左右F轨连接处间隙是否达标, 符合标准后, 开始进行F轨形位检测。按图4布点示意图在轨道梁上选取点位, 一般设置在F轨安装板中心, 必须确保左右轨距点 (如A1和A2) 方正。将专用测量工具紧固于测量点位, 反射面朝向全站仪。

使用全站仪免棱镜坐标测量模式, 置镜点坐标设置为 (0, 0, 0) 。利用激光束照准F轨测量工具反射面中心, 确认后操作全站仪读取记录该点位三坐标。以上各点测量完毕后, 将存储数据导入现场计算机, 进行格式转换后, 即可与设计值进行对比, 指导F轨道精调。测量流程图如图5所示。

4.2 坐标测量专用工具

该专用工具需要成对制作, 测量时两股轨道对称放置。如图6所示。制造时有以下关键点:

1) 整体下料整体机加工。严格控制其与F轨接触面平面度以及垂直度。

2) 激光反射区域的制作。采用浅色涂装, 区域中心标示靶心, 为全站仪激光束的照准点。靶心与F轨底面垂直距离A、靶心与F轨侧面定位点水平距离B均为控制尺寸, 定位精度控制在±0.5mm。如图7所示。

3) 专用工具表面除反射区域外进行达克罗防腐处理。

4) 夹紧装置。专用工具顶面设置夹紧装置。在工具横向及纵向接触面与F轨密贴后紧固。

4.3 全站仪数据处理

在F轨形位测量过程中, 需要将全站仪的数据导入Excel中以进行分析计算。但全站仪输出的数据格式无法直接被EXCEL使用。使用Excel内置的VBA (Visual Basic for Applications) 编写程序就可以将原始测量数据格式化, 呈现在Excel表格中的数据即为F轨道测量点的三维坐标, 在此基础上可以计算得到轨距以及F轨道的绝对高程。

5 结束语

该检测方法得到的状态数据可作为道岔安装过程的指导数据, 也可做为竣工验收的监测数据提交。该方法简单实用, 精度高, 具备一次采集F轨状态数据, 经数据计算后进行状态评估的特点。测量效率及准确性比人工检测方法大幅提高, 与有棱镜测量法相比, 检测成本低廉, 操作简易, 精度满足工程要求。

参考文献

[1]北京控股磁悬浮技术发展有限公司.Q/CYBGMJ004-2009中低速磁浮交通施工及验收规范[S].中国科学技术出版社.2009.

[2]北京控股磁悬浮技术发展有限公司, Q/CYBGMJ003-2009中低速磁浮交通道岔[S].中国科学技术出版社, 2009.

[3]郭亮.浅谈反射介质对免棱镜全站仪测程和测距精度的影响[J].城市建筑, 2013 (5) :284-285.

浅析免棱镜全站仪测距精度分析 篇4

免棱镜全站仪测距方法有两种:脉冲法和相位法。免棱镜全站仪的种类繁多, 但测距结构基本相似, 这里以徕卡TCR系列仪器为例, 介绍免棱镜全站仪的测距结构。

TCR系列的测距仪中有两个发射管, 一个是用于测量反射棱镜或反射板的红外激光发射管, 它发射的波长为780nm, 用单棱镜可测3km, 精度达到± (2mm+2×10-6D) ;另一个是用于免棱镜测量的红色激光发射管, 它发射的波长为670nm, 不用棱镜可测80m, 精度达到± (3mm+2×10-6D) 。这两种测量模式的转换可通过仪器键盘上的操作控制内部光路来实现。而且, 两种测距方式的不同的常数改正会自动修正到测量结果上。

免棱镜测距 (Reflectorless) , 又称作无接触 (Noncontact) 测距, 指的是全站仪发射的光束经自然表面反射后, 直接测距。测距误差可分为两部分:一部分是与距离D成正比的误差, 即光速值误差, 大气折射率误差和测距频率误差;另外一部分是与距离无关的误差, 即测相误差、加常数误差和对中误差。周期误差有其特殊性, 它与距离有关但不成比例, 仪器设计和调试时可严格控制其数值, 实用中如发现较大而且稳定, 可以对测距成果进行改正, 这里暂不顾及。故一般测距精度表达式为:

式中A为固定误差;B为比例误差系数;D为被测距离。

为了真正获得目前市场上免棱镜全站仪在免棱镜模式下的测距性能。本文利用托普康GPT 3002全站仪进行了免棱镜条件下的多种情况测距性能测试, 了解和评价各仪器的性能指标。下面对于实验结果进行简单介绍和总结。

首先, 对于不同材质对测距精度的影响来说。几种介质的内部精度相差不大。说明激光束在上述几种介质表面反射时是稳定的。在以上几种反射介质中, 泥土和红砖的粗糙程度比瓷砖、白纸和白铁片的明显大很多, 试验结果表明:只要反射物体足够稳定, 物体表面的粗糙程度对测量数据的离散程度的影响并不明显。另外, 灰色瓷砖和红砖的内部精度相对差些, 从颜色上来分, 灰色和红色的灰度较大, 即颜色较深。为了验证颜色的区别对测量精度的影响。采用相同材质的不同颜色的介质对上述假设进行验证。

其次, 对于不同色彩对测距精度的影响来说, 淡绿、黄、深红三种颜色的内符合精度相比较其他几种颜色稍微差些。白色、蓝色、粉红三种颜色的内符合精度稍高些。黑色几乎没有什么信号返回。但从“与棱镜测值差值”这绝对精度指标来看, 似乎 (除了黑色) 又没有大的区别。大概可以得出:颜色越浅反射信号越强。但还有其他的因素影响测距的精度, 考虑表试验中出现的灰色瓷砖和红砖的内部精度相对差些的现象, 正好验证了“颜色越浅反射信号越强”的结论。

第三, 绝对精度实验。为了得到不同材料物体在免棱镜测距下的测距绝对精度, 选取常见的几种物体进行试验。实验数据数据可以发现玻璃介质反射面的差值10mm比其他材料反射面的差值大了很多, 差值超出了误差的范围。发生这种情况的原因可能是激光束穿透了玻璃从玻璃后面的物体进行反射了。

第四, 反射面透明度对测距精度的影响。为了验证上述假设的正确与否, 选取玻璃和半透明的塑料玻璃材质, 验证透明物体的激光束穿透性质。对于不完全透明的物体所测得的距离比实际距离小, 这是因为激光束没有完全穿透, 激光束分别从不完全透明物体和白铁片两个反射面反射。所得到的距离是它们分别与仪器之间距离的一个加权平均值。值得注意的是完全透明物体反射所得到的距离比实际距离还要长, 这是因为激光束穿透了完全透明物体后, 反射回来时, 光束在不同介质之间发生折射和光速发生了变化的双重结果, 这两种结果都使得光传播时间的增加, 从而造成测量所得距离比实际距离长的结果。

全站仪免棱镜测量 篇5

本文结合免棱镜测距原理以及索佳SET130R全站仪的技术特点, 介绍免棱镜全站仪配合纸质反光片这一测距新方法。

1 免棱镜测距技术原理

免棱镜测距技术基于相位法原理, 发出的激光束极为微小, 它可以精确的打到目标上, 保证精度较高的距离测量, 与有棱镜测距相比其优点是, 只要测点的反射介质满足无棱镜测距的要求, 就不需要在测点上放置棱镜, 即可测出该点的距离。免棱镜测距则是采用的3R级可见激光, 由激光器对被测目标发射一个光信号, 然后接受目标反射回来的光信号, 通过测量光信号往返经过的时间, 计算出目标的距离。免棱镜测距由激光器发出按照某一频率变化正弦调节光波, 光波的强度变化规律与光源的驱动电源变化完全相同, 发出的光波到达被测目标, 在仪器的接受端获得调制光波的回波, 经鉴相和光电转换后, 得到与接受到的光波调制频率相位相同的电信号, 此电信号放大后与光源的驱动电压相比, 测得两个正弦电压的相位差, 根据所测相位差就可算的所测距离。

2 索佳SET130R全站仪特点简介及技术参数

索佳SET130R全站仪采用索佳世界领先的新一代测距技术, 可实现高精度、远距离无协作目标测距, 反射片测距及棱镜测距, 代表了新一代全站仪的发展方向。全站仪单棱镜测距可达5km, 精度可达2+2ppm, 反射片测距可达1.3~500, 精度可达3+2ppm, 免棱镜模式测距可达0.3~350m, 精度可达3+2ppm, 测量间隔, 棱镜模式1.6s, 免棱镜模式2.1s。无协作目标测距功能可直接对不同材质、不同颜色的物体进行远距离、高精度的测量, 可大大的提高测量工作效率降低测量人员的劳动强度。索佳SET130R全站仪装载了绝对数码度盘, 用户开机即可直接进行开始测量。三轴补偿功能使测量工作更加稳定可靠。

3 免棱镜全站仪配合自制纸质反射片测距法

3.1 方法介绍

索佳SET130R全站仪功能齐全, 在不照准专业反射工具的情况下仍然能够快速准确的测出距离, 在使用免棱镜功能时, 操作非常简单, 不仅不需要架设棱镜, 在节省时间的同时还节省了专业反射贴片的高成本, 可谓好处甚多。此仪器还适合井下作业者, 在复杂恶劣的环境中仍然可以保证测距精度。

鹤煤八矿测量人员根据全站仪测距时发射的激光光源可在纸质材料上反射的特性, 经过反复试验, 成功研制纸质反射片, 索佳SET130R全站仪在免棱镜模式下在纸质反射片上的最远测距距离为350m, 虽测距距离相较棱镜来说比较短, 但很适合井下空间狭小, 拐点多的作业环境。

纸质反射片是用白色硬纸片制作而成, 材料就地可取, 生活中经常见到。其制作方法也非常简单:首先取厚度为0.3mm白色硬纸片, 然后裁剪成30mm×30mm正方形, 最后在纸片上刻画出十字丝即可。制作方法简单使用起来更是方便, 具体操作方法如下:第一步先将纸质反射片穿在线绳上, 然后在线绳的上端系于巷道顶板导线点上, 下端系上垂球, 这样即可作为前、后视站标使用。在测量使用时应按照前后顺序依次排列, 注意将仪器位置调整成水平或垂直角度, 照准纸质反射片的十字丝读取数据, 然后按下MSR1开始键, 全站仪将会发射出可见激光, 同时经过纸质的反射片反射出来, 即为完成测距。整个过程与经纬仪钢尺的测量方法有些相似, 但又没那么复杂, 期间省去了钢尺量边的程序, 相比之下全站仪免棱镜测距法更为方便高效。

3.2 精度分析

使用索佳SET130R全站仪的免棱镜模式配合自制纸质反射片进行测量工作时, 通常最担心的是纸质反射片的测距精度, 至于测角精度, 则跟使用纸质反射片或棱镜无关。因此, 八矿测量人员对纸质反射片与棱镜的测距精度进行了比较。试验人员选用带有十字丝刻画的30mm×30mm的纸质反射片, 在检较场建立9个观测站, 使用索佳SET130R全站仪分别对棱镜和纸质反射片进行测距, 从试验结果 (表1) 来看, 使用反射片所测距离和利用棱镜基本一致, 符合测距精度要求。

3.3 注意事项

在使用免棱镜全站仪配合自制纸质反射片进行测距时应注意以下事项。

(1) 在井下灰尘较大, 特别夏季雾气大, 能见度低的地方, 测距距离应控制在200m内, 否则会出现测不出数据或测距不准确的现象。 (2) 由于纸质材料遇水后易变型, 且遇水后影响测距精度, 所以纸质反射片在使用过程中应尽量防潮、防淋水。 (3) 纸质反射片使用寿命较短, 应注意及时更换。

4 结语

免棱镜全站仪配合自制纸质反射片测距法在鹤煤八矿井下测量工作中的使用, 很大程度上提高了测量工作的效率, 2011年度, 鹤煤八矿使用该方法完成了“-520辅助水平大巷”、“新风井”等超过3000m的大型贯通3项, 精度均达到《煤矿测量规程》规定要求。该方法更为全站仪在日常测量工作中的广泛应用提供了技术支持, 使日常的给线、延测导线等工作更为方便、快捷。免棱镜全站仪配合自制纸质反射片测距是一种高效率、高精度的测距方法。

摘要：根据免棱镜测距技术原理, 结合索佳SET130R全站仪技术特点, 介绍免棱镜全站仪配合纸质反光片这一测距新方法及其优势, 并对该方法进行精度分析, 总结使用该方法的注意事项。

关键词：免棱镜全站仪,自制纸质反射片,井下测距

参考文献

全站仪免棱镜测量 篇6

随着我国经济建设不断发展, 高层建筑在我国日益增多, 高层建筑施工和使用过程中的安全问题日渐突出。高层建筑如发生倾斜, 对建筑物危害较大, 直接影响建筑物的使用寿命。当倾斜量超过建筑物设计指标极限时, 将会危及建筑物的安全运营。建筑物在施工及运营过程中对建筑物的主体倾斜实施监测是非常必要的[1,2,3]。

引起建筑物倾斜的主要原因是基础的不均匀沉降。倾斜监测就是测定建筑物顶部相对于底部的水平位移和高差, 计算出建筑物的倾斜度和倾斜方向。根据建筑物的特征以及测量仪器设备条件, 倾斜监测的方法有很多, 如基础沉降差法、激光垂准仪法、投点法、测水平角法、测角前方交会法等[4], 这些方法大都采用传统的光学仪器如光学水准仪、光学经纬仪, 需在观测点设置明显的观测标志, 以便光学仪器照准目标, 但是有些建筑物顶层无法上人或者不便安置观测标志, 给倾斜监测带来一定困难。

免棱镜全站仪不仅可以测角、测距、测坐标, 同时还有一些特殊的测量模式, 如对边测量、悬高测量、偏心测量等, 最大特点是不需要在观测点设置观测标志, 也不需要在观测点安置反射棱镜, 快捷高效, 因此给倾斜监测提供了有利的条件, 极大减轻了测量人员的劳动强度。

1 坐标法直接监测

如图1所示, 建筑物的主体倾斜监测主要是观测建筑物两墙面相交的墙角线顶端M相对于底端N的位移量Δ, 并计算倾斜度i, 倾斜方向α。

在基准点A架设免棱镜全站仪, 以另一基准点B定向, 利用全站仪坐标测量功能, 将望远镜照准M和N, 分别测得顶端M的三维坐标M (xM, yM, HM) 和底端N的三维坐标N (xN, yN, HN) , 则倾斜度i和倾斜方向α可分别由式 (1) 和 (2) 计算:

2 存在问题

由于M、N点处于两墙面相交的棱线上, 直接照准M、N点进行观测, 由于全站仪发射的是激光束, 光斑将分布在两个墙面上, 从而产生多路径光斑效应, 如图2所示, 导致距离测量可达到厘米级误差, 使得观测坐标无法满足倾斜度和倾斜方向监测要求[6,7]。

3 平面偏心法

为了解决上述问题, 本文利用免棱镜全站仪平面偏心模式来进行观测。

如图3所示, 在测站点安置好免棱镜全站仪, 设置好测站点坐标, 调取平面偏心测量模式, 依次照准墙面P上不在同一条直线上的任意三个点P1、P2、P3, 并依次进行测量, 测得三点坐标分别为且保存在仪器内, 此时墙面P的空间位置已经确定, 可由式 (3) 表示。

(3) 式中系数ap, bp, cp可有式 (4) 解算得到

将望远镜照准M, 全站仪即显示M点的坐标;照准N, 即显示N点的坐标, 从而建筑物的倾斜度和倾斜方向就可以按照式 (1) 和 (2) 计算。

4 精度分析

假定基准点已知数据为和αBA, 且方差均为0, 距离s的方差为σs2, 水平角β和竖直角γ的方差分别为σβ2和σγ2, 则

对 (5) 式全微分得

由协方差传播定律得到

因此

考虑到测角精度一致性, 即令σβ2=σγ2则

所以P点的平面点位精度

P点的空间点位精度

假定用南方NTS352全站仪进行监测, 测角精度为σγ=2″, 测距精度σs=3+2ppm, 如只考虑固定误差, 则σs=3mm, 根据距离s和竖直角γ的不同, 计算点的平面位置精度和空间位置精度, 见表1和表2。

5 结束语

综上所述, 用本方法监测建筑物倾斜度和倾斜方向, 充分发挥了全站仪免棱镜观测功能和平面偏心测量功能, 有效地控制了其倾斜量, 保证了建筑物的安全运营。在照准M点和N点时, 并没有发射激光束, 因此不会产生光斑效应, 解决了坐标法直接监测中存在的问题。从表1和表2可以看出, 空间点位精度主要取决于全站仪固定测距误差, 当观测点与基准点之间的距离在100米以内时, 空间点位精度基本保持不变;需要注意的是要避免三个观测点在同一条直线上或接近一直线;观测点尽可能组成等边三角形, 并且三角形的边长尽可能大。

参考文献

[1]岳建平, 田林亚.变形监测技术与应用[M].北京:国防工业出版社, 2007:47-151.

[2]平海庆, 陈义, 谷川.高层建筑物倾斜观测的一种新方法[J].北京测绘, 2006 (3) :34-37.

[3]张正禄.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社, 2005:175-186.

[4]建设部标准定额研究所.JGJ8-2007, 建筑变形测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[5]谭国铨, 肖成, 赵亮.免棱镜全站仪测距特性的测试与分析[J].电力勘测设计, 2012 (4) :11-14.

[6]岳建平, 高永刚, 谢波.无反射棱镜全站仪测距性能测试[J].测绘工程, 2005, 14 (6) :35-37.

全站仪免棱镜测量 篇7

1 项目概述

甘肃省祁连山中部地区, 气候恶劣, 地形复杂, 山高谷深, 地形破碎且坡度大, 海拔2000~5000m, 每年可满足地质勘探工作条件的时间很短。而测绘工作又是必需的前期工作, 这就对测量工作提出了更高的要求, 必须在较短的时间内完成测图及工程测量任务。也促使我们认真研究最适合测区的仪器设备和测图方法。根据地形情况、人员数量、经济效益、施工期限、天气状况等具体因素, 决定矿区地形测量都采用了RTK与无棱镜全站仪相配合的测图方法。2008—2012年, 先后在该地区几个矿区利用该方法对进行了数字化测图, 成图比例尺为1∶2000。

2 数据采集方式

2.1 传统数据采集方式

常规测量工作遵循“从整体到局部, 先控制后碎部, 由高级到低级”原则。具体工序包括首级控制网、加密控制网、图根控制网、地物点、地貌点数据采集和成图。从施工流程可以看出, 完成一个测区的测量工作需要数次进出作业现场。在同一测站上多次设站, 导致作业效率低下, 数次设站也将造成不必要的精度流失 (如对中误差和定向误差增加等) 。

2.2 GPS-RTK和全站仪联合采集数据方式

针对上述情况, 利用RTK联合全站仪采集数据方式, 可以克服作业过程工序过多的弊端, 利用GPS-RTK作业效率高、定位精度好、数据安全可靠、没有误差积累、作业自动化和集成化程度高、操作简便、容易使用、数据处理能力强等优势克服了仅用全站仪的不足, 大量试验表明, GPS-RTK可以高精度并快速地测定各级控制点坐标。RTK精度在数据链信号接收半径不超过5~10km的范围内, 只要能接收到5颗以上卫星, 所得出的固定解就能达到仪器标称精度。

3 测绘流程

3.1 布设控制点

在人员到位之后, 首先采用RTK对整个测量区域进行加密图根控制点的布设, 为全站仪提供起算数据。测区附近提供有3~4个已知控制点, 为了保证测量数据的正确性, 先对RTK成果进行试测。选择合适的基准站站点, 安置仪器, 在控制手簿中设置好天线高、基准站点坐标、坐标系转换参数、预设精度指标等参数。在GPS-RTK有效作业半径的2/3范围内, 制高点上设置基准站, 以利于接收卫星信号和数据链信号。控制点的选点要避免无线电干扰和多路径效应。测区内控制点位置应均匀布置, 这样有利于数据采集时基准站重置, 便于控制GPS-RTK的比例误差。鉴于GPS-RTK的高效率, 控制点的密度也可适当加大。

3.2 碎部点数据采集

控制点施测完成, GPS-RTK即可联合全站仪进行地形地物的数据采集。对于全站仪不便采集的数据, 可以用GPS-RTK进行, 而对于GPS-RTK不便采集的数据, 可以用全站仪进行。一般情况下, 不重复进入同一作业区。数据采集完成后, 用计算机加以分离。图根点的有关数据需单独检出, 以原始测量数据形式参与平差, 计算出图根点坐标, 然后, 对碎部点数据进行处理。碎部点数据采集使用GPS-RTK和全站仪同时进行, 这样不但能解决水平方向遮挡 (全站仪视线) 问题, 同样也解决了上方遮挡 (卫星信号) 问题, 避免了因个别碎部点不通视而不得不搬站的影响。

3.2.1 利用RTK进行数据采集

首先将基准站架设在一较高且开阔的未知点上, 使电台信号辐射范围覆盖整个测区, 待移动站接收机的数据链指示灯闪烁后, 进行手簿设置。设置完毕对已知点检核比较, 即用RTK测量一些控制点的坐标, 把它与已知坐标进行比较检核, 发现数据差值超出精度范围时, 重新求解坐标转换参数或直接用已知点进行校正。校正无误后, 将安置流动站的对中杆垂直立在碎部点上, 待手簿出现固定解, 保存此点数据, 输入点号 (只需输入一次, 点号自动累加) 依次测量其他各特征点绘制草图, 做好标注, 以便全站仪使用该坐标点和内业人士检查、编辑成图。

3.2.2 全站仪对RTK的辅助

由于卫星的截止高度角必须大于13°~15°, 它在遇到高大建筑物或在树下时, 就很难接收到卫星和无线电信号, 也就无法进行测量。如果用RTK与全站仪联合测图, 上述弊端就可以克服。即在进行地形测量时, 空旷地区的地形、地物用RTK测之;矿内的建筑物、构筑物用RTK实时给出图根点的三维坐标, 然后用全站仪测之。这样可以大大加快测量速度, 提高工作效率。对于测量人员难以到达的地方, 如悬崖、溪谷、公路、有危险的地物特征点等可以用全站仪的免棱镜技术直接测定。免棱镜测量技术适宜测量地面裸露的测点高程, 如岩石、房屋、公路等视线可及的地形、地物点三维坐标。

4 RTK与免棱镜全站仪联合在矿山地形测图中的优点

1) 不需逐级建立控制网, 可以直接为全站仪建立图根控制;

2) 在矿区RTK与无棱镜全站仪联合测图, 相对可以减少作业人员, 优势互补, 可大大加快测图进度, 提高工作效率, 测绘人员的安全更有保证;

3) 精度高。用RTK测图其点位误差不积累、不传播, 测图精度相当于传统测图法的图根点精度;

4) 用RTK可以快速的建立测量控制点;

5) 无棱镜全站仪可以解决以前传统测量方法无法解决的一些问题, 如陡崖, 山区大河边, 房屋密集区等立尺人员无法到达的地形地物点的测量。

5 结语

RTK技术联合全站仪测图在实际生产中已逐步成熟。RTK测图与全站仪测图, 各有优点与缺点, 而将两者有机结合, 尤其是在偏僻的无控制点地区, 或是控制点已被破坏的情况下, 先由RTK引入控制再辅助全站仪数字化测图, 在保证精度、可靠性的同时大大提高了工作效率。但是, 这两种方法在实际工作中也不可避免地存在一定的局限性, 例如天气、电离层、地物遮蔽时RTK卫星接收颗数的影响, 全站仪电源系统、成图软件的成熟度对测图及内业完成的影响等。总体来说, 这两项新技术的结合应用是矿山数字化测图的发展趋势, 随着实际工作的完善与充实, 一定会给矿山测图带来崭新的发展空间。

参考文献