鄒俊華， 魏益友

(江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊(duì)，江西 南昌 330008)

有棱鏡全站儀和GPS-RTK聯(lián)合全站儀是當(dāng)前測繪領(lǐng)域中常用的測繪方法，可以保障測繪任務(wù)的快速完成，但是，在地形地測繪過程中，常遇到測量工作人員無法到達(dá)的地方，如沼澤、湖泊、深谷、懸崖等地區(qū)，但通常這些區(qū)域又是地形圖需重點(diǎn)表達(dá)的內(nèi)容，顯然上述兩種測繪方法無法滿足地形測量的實(shí)際需求。免棱鏡全站儀在地形測量過程中可以實(shí)現(xiàn)不接觸被測點(diǎn)而獲得被測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，有效的避免了因地形地勢陡峭等原因?qū)е聹y量人員無法到達(dá)被測點(diǎn)的缺陷，顯著地提高了地形測量的精度。

1 免棱鏡全站儀概況

1.1 免棱鏡全站儀

免棱鏡全站儀是利用光學(xué)原理將激光束打到需要測定的目標(biāo)物的某一特定點(diǎn)上，被測物在受到激光束的照射過程中會(huì)通過漫反射的方式返回激光信號(hào)，免棱鏡全站儀接收后對(duì)激光信號(hào)的分析就可獲得被測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。免棱鏡全站儀不僅具備了有棱鏡全站儀的功能，且測量距離也較后者更遠(yuǎn)。此外，免棱鏡全站儀與常規(guī)的測量手段相比，減少了測量工作人員爬山等工作，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離測量，在今后地形、地籍、工程、房產(chǎn)、施工等測繪領(lǐng)域中具有廣闊應(yīng)用的前景。

1.2 免棱鏡全站儀優(yōu)點(diǎn)

與普通的有棱鏡全站儀相比，免棱鏡全站儀具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)微信號(hào)不失真放大技術(shù)，在測量過程中若不使用反射棱鏡時(shí)，反射回來的信號(hào)僅表現(xiàn)在信號(hào)較弱，而反射回來的信號(hào)噪音極小，使得免棱鏡全站儀因具有微信號(hào)不失真放大技術(shù)而具有顯著優(yōu)勢；(2)大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)處理技術(shù)，普通的有棱鏡全站儀采用紅外技術(shù)，即反射回光信號(hào)變化范圍約為10倍，也就是信號(hào)可以從10 mV變?yōu)?00 mV；免棱鏡全站儀使用激光技術(shù)，反射回來的信號(hào)相差可達(dá)10 000倍，使得免棱鏡全站儀在大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)處理技術(shù)方面有明顯的優(yōu)勢；(3)高頻信號(hào)處理技術(shù)，與普通的紅外有棱鏡全站儀相比，免棱鏡全站儀采用激光技術(shù)，不僅提高了測量精度，減小了周期誤差，相位均勻性也明顯提高，但是免棱鏡全站儀對(duì)信號(hào)接收板的要求也有所提高，需要處理的信號(hào)頻率與普通相比提高了4～8倍。

2 免棱鏡全站儀測量中誤差主要來源分析

查明測量儀器的誤差來源是消除誤差的主要途徑，免棱鏡全站儀在測量過程中產(chǎn)生的誤差來源與普通的有棱鏡全站儀的誤差來源一致，包含了三軸誤差、儀器的照準(zhǔn)誤差、儀器的對(duì)中誤差、測角測距誤差、三角高程誤差等幾個(gè)方面。雖然誤差來源基本一致，但是在免棱鏡測量過程中，還受到測量目標(biāo)的形狀、顏色、反射角等因素的影響。根據(jù)前人的研究成果顯示，不同的因素對(duì)免棱鏡測量精度的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)溫度對(duì)免棱鏡測量精度的影響不大；(2)材質(zhì)的差異對(duì)免棱鏡測距精度的影響不大；(3)測反射面的顏色越淺，越有利于免棱鏡的測量；(4)入射角是影響免棱鏡全站儀測量精度的主要因素，盡可能減小入射角有利于提高免棱鏡全站儀的測量精度。

表1 不同入射角的測距結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3 免棱鏡全站儀在地形測繪中的精度控制分析

3.1 提高免棱鏡全站儀精度的措施

免棱鏡全站的誤差來源與普通有棱鏡全站儀的誤差來源一樣，包含了三軸誤差、儀器的照準(zhǔn)誤差、儀器的對(duì)中誤差、測角測距誤差、三角高程誤差等幾個(gè)方面，造成免棱鏡全站儀系統(tǒng)誤差。儀器的系統(tǒng)誤差不是隨機(jī)變量，有一定的規(guī)律，因此可以通過校正等措施將其消除。按照免棱鏡全站儀系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)，可以通過下述幾個(gè)方面的措施消除系統(tǒng)誤差，進(jìn)而減少免棱鏡全站儀的測量精度：(1)在開展測量工作之前，需要對(duì)免棱鏡全站儀進(jìn)行校正，包括校正免棱鏡全站儀中的管水準(zhǔn)器、圓水準(zhǔn)器、光學(xué)對(duì)中器、望遠(yuǎn)鏡分劃板、豎盤指標(biāo)差、視準(zhǔn)軸與橫軸的垂直度等；此外，免棱鏡全站儀需要先校正后使用，盡可能減少系統(tǒng)誤差；(2)在測量時(shí)要隨環(huán)境調(diào)整測量方法，充分利用某些誤差的抵償特征，盡可能的減小或消除積累誤差，提高測量精度；(3)測量目標(biāo)物體的形狀、顏色等對(duì)測量精度的影響較大，在測量過程中盡可能的選取顏色較淺的目標(biāo)物，盡可能以低角度的入射角測量來提高免棱鏡全站儀的測量精度。

3.2 使用免棱鏡全站儀需注意的問題

免棱鏡全站儀誤差類型包括系統(tǒng)誤差和人為誤差兩個(gè)方面。因此，在使用該儀器進(jìn)行地形測繪過程中需要注意以下幾點(diǎn)問題。(1)在使用免棱鏡全站儀前，需要將免棱鏡全站儀送至專門的測繪儀器計(jì)量校準(zhǔn)部門進(jìn)行檢驗(yàn)與校正，只有檢驗(yàn)或校正合格的產(chǎn)品才能投入使用，并要做好檢驗(yàn)或校正記錄，消除或降低系統(tǒng)誤差；(2)在測量過程要充分考慮免棱鏡全站儀站點(diǎn)的位置，應(yīng)選擇視野開闊、無阻擋物的區(qū)域設(shè)置站點(diǎn)，防治因樹木、電線桿等的阻擋對(duì)測量工作的干擾；(3)在測量過程中常會(huì)遇到反射條件差的區(qū)域，導(dǎo)致免棱鏡全站儀的測量精度明顯較低，因此，在實(shí)際測量過程中，全站儀站點(diǎn)與被測點(diǎn)之間的距離應(yīng)保持在免棱鏡全站儀說明書中的最大測量距離之內(nèi)，避免因反射條件差而降低測量精度；(4)選擇被測目標(biāo)體時(shí)，盡可能地避開雜草、樹木等植被，因?yàn)檫x取上述植被作為被測目標(biāo)時(shí)，在風(fēng)吹草動(dòng)的狀態(tài)下會(huì)使得免棱鏡全站儀的測量精度降低；(5)免棱鏡全站儀與普通的有棱鏡全站儀相比更為耗電，因此，為了保證測量效率，在外業(yè)操作過程中備好電池。

4 結(jié)語

在地形測繪中，尤其是我國青藏高原等高海拔地區(qū)，常存在大量測量人員無法到達(dá)的區(qū)域，此時(shí)，普通的測量儀器誤差較難準(zhǔn)確獲得相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)。免棱鏡全站儀不需測量人員到達(dá)被測點(diǎn)，就可以獲得精確的三維坐標(biāo)，不僅減少了測量工作人員的工作量，提高了測量人員的工作效率，提高了測量數(shù)據(jù)的精度，還保證了野外測量工作人員的安全問題，縮短了工作周期。同時(shí)，免棱鏡全站儀測量也有較大的局限性，在測量過程中要確保被測點(diǎn)無遮擋物，且被測點(diǎn)具有較好的反光性能，宜選用顏色淺的物體作為被測目標(biāo)物?；诖耍疚囊悦饫忡R全站儀為研究對(duì)象，簡要的講述了該儀器在地形測繪中精度的控制，以推動(dòng)免棱鏡全站儀在地形測繪中廣泛應(yīng)用。