摘要：介紹無(wú)棱鏡測量技術(shù)在廣西防城港市長(cháng)岐灌區渠道斷面測量的應用情況，對無(wú)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(wú)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(cháng)岐灌區位于廣西最南部，十萬(wàn)大山南麓。灌區轄防城港市防城區和港口區共9個(gè)鄉鎮，總面積1433km2，占防城區、港口區總面積51.45%，灌區總耕地面積17.47km².目前灌區總干渠設計流量12m³/s，總長(cháng)10.08km.左干渠設計流量8.4m³/s ，總長(cháng)66.6km，右干渠設計流量3.6m³/s ，總長(cháng)21.78km.渠系建筑物經(jīng)過(guò)二十多年的運行，淤積、滲漏、崩塌較普遍，附屬建筑及設備損壞嚴重，特別是渡槽、斗閘門(mén)損壞更為突出。為提高灌區的灌溉效益，并為企沙工業(yè)園供水，發(fā)展臨海工業(yè)園經(jīng)濟，防城港市政府決定對總長(cháng)98km總干渠及左右干渠進(jìn)行防滲加固擴能整治建設。本工程測量任務(wù)是對灌區干渠進(jìn)行地形測繪，為設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(xiàn)用皮尺量出渠道的里程，從0+000樁號開(kāi)始，每隔20米標上一個(gè)橫斷面樁號，有重要水利附屬設施或渠道地形變化較大的地方增加橫斷面樁號。用水準儀從首級控制點(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(kāi)始向橫斷面兩側用兩把直尺垂直相交量出地性線(xiàn)上各點(diǎn)的間距和高差，整理數據繪成橫斷面，這種方法要求施測人員必須到達斷面上各特征點(diǎn)。由于長(cháng)岐灌區七十年代中期投入運行以來(lái)，長(cháng)年失修，塌方時(shí)有發(fā)生，渠道兩岸邊坡陡峭且沒(méi)有規則，測量每個(gè)斷面都要付出很大的代價(jià)，單純采用這種方法將浪費大量的人力物力；第二種方法是實(shí)地丈量結合全站儀測量，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(shí)省物力，解決了高邊坡上施測人員無(wú)法丈量斷面的問(wèn)題，我們采用此法。工作中發(fā)現渠道的某些地方，如灌區總干渠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)規律，受條件限制，施測人員難以到達邊坡中間特征點(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(huà)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(gè)問(wèn)題，我們采用萊卡TPS1200無(wú)棱鏡全站儀測量。

　　3、無(wú)棱鏡測量技術(shù)簡(jiǎn)介及其適用條件

　　3.1無(wú)棱鏡測量技術(shù)簡(jiǎn)介無(wú)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(wú)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。此項技術(shù)在全世界范圍內得到了廣泛的應用，它具有良好的技術(shù)規范：高精度（3mm + 2ppm），大范圍（使用柯達灰度標準卡，其范圍可達180米[1]），具有可見(jiàn)的紅色激光斑，以及很小的光束直徑。為了達到出色的標準，采用3R級可見(jiàn)激光，并采用相位法無(wú)棱鏡測距技術(shù)。由于對于國際激光標準來(lái)說(shuō)，3R類(lèi)的激光器相對來(lái)說(shuō)還是比較新的，它經(jīng)常和3B類(lèi)的激光器混合起來(lái)使用。3R級激光器是比較新的激光器標準，其安全性介于2類(lèi)激光器和3B類(lèi)激光器之間，包含更少的安全限制指導。從這個(gè)角度說(shuō)，‘R’用來(lái)表示“要求的簡(jiǎn)化”。 3R類(lèi)激光器無(wú)反射棱鏡測距在應用中能夠將測量的范圍比采用2類(lèi)激光器提高1倍，對于測量人員提高作業(yè)效率來(lái)說(shuō)是有利的。根據國際激光安全標準，3R類(lèi)激光器操作人員應該注意不要使人眼直視激光束。當測量人員在觸發(fā)測量鍵時(shí)，激光器才能被激活，測量完成就被關(guān)閉。當打開(kāi)激光指示器時(shí)，3R類(lèi)激光器也能夠被激活。人眼暴露于這樣的激光線(xiàn)中時(shí)，自然的一些反應（例如：瞳孔的縮小、斜視、視線(xiàn)的轉移）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(cháng)時(shí)間而導致受傷的可能性可以忽略不計了。

　　3.2  無(wú)棱鏡測量技術(shù)的適用條件每種測量設備都有自身的特點(diǎn)和適用范圍，通過(guò)實(shí)踐發(fā)現無(wú)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，反射條件不好等地方不宜使用無(wú)棱鏡測量。

　�。�2）無(wú)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(xiàn)可及的地形、地物點(diǎn)高程。

　�。�3）無(wú)棱鏡測量適用于視線(xiàn)沒(méi)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、高程。如要測400米外的地形點(diǎn)，若在200米的地方有樹(shù)葉擋住視線(xiàn)，將測到的是樹(shù)葉的坐標、高程。

　�。�4）無(wú)棱鏡測量要耗費較大的電源，外業(yè)時(shí)要準備充足的電源，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） 施測過(guò)程中不要長(cháng)時(shí)間通過(guò)目鏡觀(guān)測標的物，以免將眼睛長(cháng)時(shí)間置于激光束中導致受傷。

　�。�7）無(wú)棱鏡測量適用于人員難以到達，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(guò)程

　　4.1 TPS1200的特點(diǎn)萊卡TPS1200是一款超長(cháng)測程、超高精度具備多種功能且簡(jiǎn)單易用的全站儀�；�于菜單的操作系統直觀(guān)明了，能夠引導用戶(hù)自主完成所需要的工作，用戶(hù)可以根據需要自行設定操作、顯示和輸出。TPS1200提供了很多的機載程序，如測量、設站、放樣、坐標幾何等，可以用G eoC++編寫(xiě)專(zhuān)用的機載程序。測量原理是同軸可見(jiàn)紅色激光相位測量 ，無(wú)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(guò)程

　　4.2.1 控制測量渠道引水工程高程精度要求相當高，由于渠道長(cháng)，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象，影響供水效果。因此我們用賓得和索佳水準儀兩個(gè)作業(yè)組同時(shí)作業(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(mǎn)足規范要求。在斷面線(xiàn)上選定通視條件好，容易設站的地方用TPS1200和腳架棱鏡做導線(xiàn)，加密圖根點(diǎn)至各斷面。

　　4.2.2 橫斷面測量

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

　�、僭诔绦虻膯�動(dòng)界面，按F3（設站）；

　�、趯⒐鈽艘埔砸阎�點(diǎn)作業(yè)，用導航鍵選擇已知點(diǎn)所在的作業(yè)；

　�、蹖⒐鈽讼蛳乱频蕉ㄏ蚍椒�，用導航鍵選擇采用的定向方法；

　�、馨碏1（繼續）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(shí)儀器會(huì )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(jià)定向質(zhì)量。

　�。�2）創(chuàng )建線(xiàn)，操作步驟如下：

　�、偌せ钪鞑藛喂芾�/數據，按F6（換頁(yè)）將顯示窗口切換到線(xiàn)；

　�、贔2（新建）創(chuàng )建線(xiàn)；

　�、劬�(xiàn)編號：輸入線(xiàn)名稱(chēng)，存儲點(diǎn)：選擇使用的點(diǎn)，線(xiàn)型：選擇線(xiàn)型；

　�、蹻1（保存）存儲。F6可激活輸入編碼信息。

　�。�3）橫斷面線(xiàn)測量激活要測量的線(xiàn)，在測量窗口按順序測量線(xiàn)的細部，所測量的點(diǎn)自動(dòng)歸類(lèi)到激活的線(xiàn)。設置儀器的EDM類(lèi)型，其含義如下：EDM類(lèi)型：棱鏡（IR），使用紅外光配合棱鏡測距。

　　RL（RL），使用可見(jiàn)紅色激光進(jìn)行無(wú)棱鏡測距。

　　長(cháng)距離（LO），長(cháng)測程測距。

　　在通常情況下，把EDM類(lèi)型設置在棱鏡（IR）狀態(tài)，用棱鏡配合全站儀進(jìn)行野外數據采集，如此能較精確地采集到斷面特征點(diǎn)。在無(wú)棱鏡測量能及、沒(méi)有障礙物擋視線(xiàn)、反射介質(zhì)較好而且人較難到達的地方，則把DEM類(lèi)型設置到RL狀態(tài)，即無(wú)棱鏡測量狀態(tài)，EDM模式設置為標準模式。瞄準待測特征點(diǎn)，按測量鍵，儀器開(kāi)始測量，2秒鐘后即可測量出該點(diǎn)坐標。如此反復測量，直到不滿(mǎn)足用無(wú)棱鏡測量條件時(shí)，再把EDM類(lèi)型設置到IR狀態(tài)，繼續測量。在測量過(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（測存）、F2（測距）、F3（記錄），同時(shí)看到所測的點(diǎn)標示在圖上。若有點(diǎn)偏離斷面線(xiàn)時(shí)，即刻修正到斷面線(xiàn)上。測量完或中斷線(xiàn)測量時(shí)，關(guān)閉該線(xiàn)。

　　4.2.3  橫斷面數字化成圖采集到原始數據后，通過(guò)南方CASS5.0軟件將數據傳輸到計算機里，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)棱鏡測量的粗差探測因為無(wú)棱鏡測量技術(shù)作為測繪界的一項新技術(shù)應用于生產(chǎn)，其精度如何是人們最關(guān)心的問(wèn)題，為此我們在視野開(kāi)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(wú)棱鏡測量）采集兩組數據。由于所測的距離不越過(guò)300米，斜距的氣象改正、加乘常數改正、傾斜改正、投影改正都非常小[2]，其影響忽略不計。

　　6、總結

　　6.1  無(wú)棱鏡全站儀測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)長(cháng)岐灌區地形測量、斷面測量等工程實(shí)踐，體會(huì )到無(wú)棱鏡測量技術(shù)在測繪界中應用，解放了生產(chǎn)力，提高工作效率。按常規測繪方法，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(shí)采用無(wú)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(wú)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特征點(diǎn)放置棱鏡，大大節省人力物力，同樣條件下，平均一天測量1.8km的斷面，工作效率提高近30%，節省了時(shí)間，加快外業(yè)進(jìn)度，提高工作效率，降低測量人員的勞動(dòng)強度，能快速、準確地為有關(guān)部門(mén)提供測量成果[3]，為后期各專(zhuān)業(yè)設計工作的提前展開(kāi)創(chuàng )造了條件。

　　綜上所述，無(wú)棱鏡測量技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：

　�。�1）無(wú)棱鏡測量適用于測會(huì )人員難以到達的特征點(diǎn)，如陡峭石崖、有劇毒的化工地區、高溫高壓地區等。

　�。�2）快速、準確，節省人力物力，節約時(shí)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)現單人測量。

　�。�4）可準確測繪某些禁區邊界或禁區內有限范圍的地形地物，有利于提供工程規劃區完整地形信息，省去常規工作為進(jìn)入這些禁區所需要的有關(guān)社會(huì )工作協(xié)調事項。

　　6.2 建議無(wú)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(wàn)能的，特別對野外各種不同的觀(guān)測條件，儀器不可能改變它，也不可能完全適應。因此作業(yè)人員應充分了解此新技術(shù)的特性，采取必要的措施，揚長(cháng)避短，才能更好地發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)設備的優(yōu)勢，取得良好的觀(guān)測成果。我們在邊使用、邊摸索的過(guò)程中認為有以下幾點(diǎn)建議值得大家共同探討：

　�。�1）針對無(wú)棱鏡測量受障礙物限制，容易造成施測標的物錯誤的情況，建議在設備上增設無(wú)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米處的標的物，設置測距范圍為350-420米，就不會(huì )錯誤地測200米處的標目物。

　�。�2）為避免眼睛被激光傷害，建議增設一個(gè)大功率的可見(jiàn)光瞄準系統。

　　參考文獻：

　�。�1］IEC 60821-1. 激光產(chǎn)品的安全性：第一部分。設備分類(lèi)、要求和用戶(hù)向導。（IEC 60825-1修訂本 A2），［S］

　�。�2］SL 197-97，水利水電工程測量規范［S］。

　�。�3］張培存，呂存宣，王志軍  斷面測量?jì)韧鈽I(yè)一體化系統研究［J］。測繪通報，2004，（10）：32頁(yè)。