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摘要：随着国家城镇化建设的进一步深入，城市建设用地的数量愈来愈多，测绘在城市建设和管理中的作用越来越重要，但城市高楼林立，建筑样式多种多样，建筑物的拐角、悬挂阳台等作业人员用棱镜接触不到，利用免棱镜全站仪可以轻易完成测定，免去了作业人员的攀爬之苦，省时省力，极大提高地形测绘及勘测定界测绘工作的效率和成果质量。
本文以ZT80MR+免棱镜全站仪在浙麻地块拆迁安置用房（定海园）土地复核测量的应用为例,介绍了全站仪免棱镜测量的基本原理及特点，通过在不同环境下对不同反射目标进行免棱镜测量进行精度分析，探讨其适用范围,分析了全站仪免棱镜测量的适用条件，总结了使用免棱镜全站仪进行测量时应注意的问题。
关键词：免棱镜全站仪；城市日常土地测绘；工程测量的应用
一、概述
顾名思义，免棱镜全站仪就是不需要棱镜作为合作目标就可以进行测距的全站仪，是免棱镜测距技术与传统全站仪的结合。2000年，瑞士徕卡在全世界同步发布了TCR系列免棱镜激光全站仪。这种不用反射棱镜就能测100米的全站仪着实让人大开眼界。其免棱镜视距由初期几十米发展到当前的一千米以上。最具代表性的是徕卡TPS1202 全站仪和拓普康3002LN全站仪。前者采用激光免棱镜测距，后者采用脉冲激光测距，在视线良好的条件下，免棱镜距分别可达400～500 米和1100 米。同以往的全站仪或免棱镜测距仪相比，免反射棱镜全站仪具有测距速度快、测程远、效率高、使用范围广、安全性能高等优点，因而得到了广泛应用。
二、免棱镜全站仪测量的原理
电子测距仪的基本组成包括发射部分、回光部分、接受部分、测量和计算部分,对于有反射镜测距,回光部分和反射棱镜或反射条,它能将大部分的入射光沿入射光路反射回测距仪接受,进而实现测距。
免棱镜全站仪测距方法有两种:脉冲法和相位法。通常条件下,脉冲法的测程远,相位法的精度高。脉冲法用测量时发射和接受信号之间的时间间隔来计算距离,多次测量得出平均距离。相位法使用接受信号之间的相位差,从而求出被测距离。
ZT80MR+免棱镜全站仪采用无棱镜相位法测距，全新EDM，明显提升测距功能。极细可见激光免棱镜测程最高可达600m。
三、免棱镜全站仪在工程测量中的应用
（一）在日常土地复核验收中的应用
以浙麻地块拆迁安置用房（定海园）土地复核验收项目为例。该地块位于杭州市拱墅区。小区总用地面积97919㎡，共分三期进行建设，其中一期、二期已通过验收，本次验收为三期项目。结合工程特点和施工方案要求等编写施测方案，布设控制等，地形测绘时应明确获取施测目标数据的视距要求等。
1.不同材质观测目标的比较
选择合适的不同时段进行数据采集，以利于减少或消除对中、整平、定向、照准及环境影响等方面的偶然误差。本项目主要观测目标为建筑物、栅栏等，主要材质为砖、砼和钢铁，选择不同墙面的目标采用有棱镜模式和免棱镜模式分別观测了7组距离，每组距离观测3次，取其平均数并计算两者的差值（免棱镜模式观测距离-有棱镜模式观测距离），观测结果见表1。
表1 不同目标材质观测距离对比
目标材质 无棱镜模式观测距离（m） 有棱镜模式观测距离（m） 差值（mm）
干挂石材墙面 123.324 123.335 0.011
真石漆墙面 13.435 13.42 -0.015
钢材墙面 56.837 56.826 -0.011
木墙面 43.556 43.544 -0.012
景观亭木柱 67.879 67.892 0.013
铁栅栏 87.164 87.173 0.009
实践结果表明，被观测目标的密度、反射面的光滑程度以及颜色的深浅影响观测距离，目标材质密度越大、越光滑、颜色越深对反射信号越强。但总体上，不同材质物体对免棱镜测距误差均在±2cm以内，精度影响并不大。
2.碎步测量时免棱镜模式与有棱镜模式比较
采用有棱镜和无棱镜两种模式进行碎部测量。在碎部测量之前，首先在同一测站、同一时间段、相同环境下对近10个碎部点进行两种测量模式的测量。测量结果见表1。
表2 碎部点两种观测模式较差表
序号 地物名称 无棱镜模式 有棱镜模式 △X（m） △Y（m）
X（m） Y（m） X（m） Y（m）
1 房角 300.05 556.558 300.058 556.553 -0.008 0.005
2 围墙角 236.351 562.534 236.356 562.539 -0.005 -0.005
3 房角 191.871 581.567 191.862 581.561 0.009 0.006
4 房角 114.532 600.448 114.545 600.456 -0.013 -0.008
5 房角 62.086 613.137 62.088 613.148 -0.002 -0.011
6 房角 121.813 778.77 121.803 778.777 0.010 -0.007
7 房角 147.607 842.683 147.618 842.688 -0.011 -0.005
8 房角 149.177 690.62 149.174 690.624 0.003 -0.004
9 房角 175.499 837.966 175.514 837.974 -0.015 -0.008
10 围墙角 326.97 898.438 326.975 898.432 -0.005 0.006
由表1可以看出, ZT80MR+有棱镜测量的坐标与免棱测量的坐标基本一致,ΔD最大为1.5cm,相对中误差精度和测距较差比较小在2cm以内,完全满足精度要求。
（二）建筑物高度的测定
建筑物在规划验收时，均要对其进行建筑物高度的测量。ZT80MR+免棱镜全站仪有直接测量垂距的功能。在“显示改变”功能中，把它调到“水平角、平距、垂距”显示状态下，“垂距”右边显示出来的数字就是仪器中心至待测点的高差。这样，在测量建筑物的高度时，把目标改为“免棱镜”，在水平度盘制动情况下，只需测量同一竖直面内建筑物上下两点的垂距，即可测出该建筑物的高度。
（三）在日照分析中的应用
日照分析报告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。编制日照分析报告必须对已有建筑的分层窗位、屋顶平面及立面等进行测量。
以上待观测部位绝大部分悬空，外业人员很难攀爬，运用免棱镜全站仪能很好的克服上述难题。极大提高日照分析测量的效率。
（四）在其它测绘领域的运用
在陡崖、采石场、危岩石块等地形陡峭险峻地段，作业人员攀爬有极大的安全隐患。同样在一些化工厂、送变电设施等测量危险区域，免棱镜全站仪的优势体现得更为明显。在免棱镜全站仪的有效测距范围内，只要正确设置仪器高就可以得到待测点的平面及高程数据，极大的减轻了作业人员的劳动强度和作业危险性，提高了测绘速度，缩短了外业作业时间。
四、存在的问题与对策
无棱镜测量技术虽然有多方面的优越性能,但不是万能的,特别对野外各种不同的观测条件,仪器不可能改变它,也不可能完全适应野外的条件。因此作业人员应充分了解此新技术的特性,采取必要的措施,扬长避短,才能更好地发挥其先进技术设备的优势,取得良好的观测成果。
（1）在进行大比例尺数字地形图测绘时，用免棱镜测量可以取代有棱镜测量（被测地物在无棱镜测量测程之内）。但是无棱镜测量在测量视线穿过植被茂盛地区或透明体（如玻璃）时，或被测地物的柯达灰度值较低时，测量精度较低、测程较短。在此条件下，对重点和精度要求较高的地物应采用有棱镜检测或补测,以确保其点位准确性。
（2）免棱镜测量要耗费较大的电源，外业时要准备充足的电源，必要时配置外挂电源。
（3）注意不要将激光束射向似镜表面。
（4）施测过程中不要长时间通过目镜观测标的物，以免将眼睛长时间置于激光束中导致受伤。
（5）免棱镜测量适用于人员难以到达的特征点，如悬崖、陡峭石崖、溪谷、客流大的公路、有剧毒的化工地区、高温高压地区等。
五、结束语
全站仪免棱镜测量在特殊观测点、危险点测量中显示出极大优越性，解决了传统测量方法解决不了的问题。不仅使作业强度和危险性大大降低，而且极大提高生产效率，测点精度高且均匀，对被测目标也起到一定保护作用。即使在一般测量条件下，全站仪免棱镜测量技术也比传统测量方法优越。实践证明其在工程勘测、施工放样和竣工测量中均有广阔的应用前景。
参考文献：
[1]王靖,师军良.无棱镜全站仪在数字地形图测绘中的应用[J].黄河水利职业技术学院学报,2008.（1）:46-48
[2] 曾绍文.免棱镜全站仪在日照分析测量中的应用.中国市政工程，2009.（8）.55
本文以ZT80MR+免棱镜全站仪在浙麻地块拆迁安置用房（定海园）土地复核测量的应用为例,介绍了全站仪免棱镜测量的基本原理及特点，通过在不同环境下对不同反射目标进行免棱镜测量进行精度分析，探讨其适用范围,分析了全站仪免棱镜测量的适用条件，总结了使用免棱镜全站仪进行测量时应注意的问题。
关键词：免棱镜全站仪；城市日常土地测绘；工程测量的应用
一、概述
顾名思义，免棱镜全站仪就是不需要棱镜作为合作目标就可以进行测距的全站仪，是免棱镜测距技术与传统全站仪的结合。2000年，瑞士徕卡在全世界同步发布了TCR系列免棱镜激光全站仪。这种不用反射棱镜就能测100米的全站仪着实让人大开眼界。其免棱镜视距由初期几十米发展到当前的一千米以上。最具代表性的是徕卡TPS1202 全站仪和拓普康3002LN全站仪。前者采用激光免棱镜测距，后者采用脉冲激光测距，在视线良好的条件下，免棱镜距分别可达400～500 米和1100 米。同以往的全站仪或免棱镜测距仪相比，免反射棱镜全站仪具有测距速度快、测程远、效率高、使用范围广、安全性能高等优点，因而得到了广泛应用。
二、免棱镜全站仪测量的原理
电子测距仪的基本组成包括发射部分、回光部分、接受部分、测量和计算部分,对于有反射镜测距,回光部分和反射棱镜或反射条,它能将大部分的入射光沿入射光路反射回测距仪接受,进而实现测距。
免棱镜全站仪测距方法有两种:脉冲法和相位法。通常条件下,脉冲法的测程远,相位法的精度高。脉冲法用测量时发射和接受信号之间的时间间隔来计算距离,多次测量得出平均距离。相位法使用接受信号之间的相位差,从而求出被测距离。
ZT80MR+免棱镜全站仪采用无棱镜相位法测距，全新EDM，明显提升测距功能。极细可见激光免棱镜测程最高可达600m。
三、免棱镜全站仪在工程测量中的应用
（一）在日常土地复核验收中的应用
以浙麻地块拆迁安置用房（定海园）土地复核验收项目为例。该地块位于杭州市拱墅区。小区总用地面积97919㎡，共分三期进行建设，其中一期、二期已通过验收，本次验收为三期项目。结合工程特点和施工方案要求等编写施测方案，布设控制等，地形测绘时应明确获取施测目标数据的视距要求等。
1.不同材质观测目标的比较
选择合适的不同时段进行数据采集，以利于减少或消除对中、整平、定向、照准及环境影响等方面的偶然误差。本项目主要观测目标为建筑物、栅栏等，主要材质为砖、砼和钢铁，选择不同墙面的目标采用有棱镜模式和免棱镜模式分別观测了7组距离，每组距离观测3次，取其平均数并计算两者的差值（免棱镜模式观测距离-有棱镜模式观测距离），观测结果见表1。
表1 不同目标材质观测距离对比
目标材质 无棱镜模式观测距离（m） 有棱镜模式观测距离（m） 差值（mm）
干挂石材墙面 123.324 123.335 0.011
真石漆墙面 13.435 13.42 -0.015
钢材墙面 56.837 56.826 -0.011
木墙面 43.556 43.544 -0.012
景观亭木柱 67.879 67.892 0.013
铁栅栏 87.164 87.173 0.009
实践结果表明，被观测目标的密度、反射面的光滑程度以及颜色的深浅影响观测距离，目标材质密度越大、越光滑、颜色越深对反射信号越强。但总体上，不同材质物体对免棱镜测距误差均在±2cm以内，精度影响并不大。
2.碎步测量时免棱镜模式与有棱镜模式比较
采用有棱镜和无棱镜两种模式进行碎部测量。在碎部测量之前，首先在同一测站、同一时间段、相同环境下对近10个碎部点进行两种测量模式的测量。测量结果见表1。
表2 碎部点两种观测模式较差表
序号 地物名称 无棱镜模式 有棱镜模式 △X（m） △Y（m）
X（m） Y（m） X（m） Y（m）
1 房角 300.05 556.558 300.058 556.553 -0.008 0.005
2 围墙角 236.351 562.534 236.356 562.539 -0.005 -0.005
3 房角 191.871 581.567 191.862 581.561 0.009 0.006
4 房角 114.532 600.448 114.545 600.456 -0.013 -0.008
5 房角 62.086 613.137 62.088 613.148 -0.002 -0.011
6 房角 121.813 778.77 121.803 778.777 0.010 -0.007
7 房角 147.607 842.683 147.618 842.688 -0.011 -0.005
8 房角 149.177 690.62 149.174 690.624 0.003 -0.004
9 房角 175.499 837.966 175.514 837.974 -0.015 -0.008
10 围墙角 326.97 898.438 326.975 898.432 -0.005 0.006
由表1可以看出, ZT80MR+有棱镜测量的坐标与免棱测量的坐标基本一致,ΔD最大为1.5cm,相对中误差精度和测距较差比较小在2cm以内,完全满足精度要求。
（二）建筑物高度的测定
建筑物在规划验收时，均要对其进行建筑物高度的测量。ZT80MR+免棱镜全站仪有直接测量垂距的功能。在“显示改变”功能中，把它调到“水平角、平距、垂距”显示状态下，“垂距”右边显示出来的数字就是仪器中心至待测点的高差。这样，在测量建筑物的高度时，把目标改为“免棱镜”，在水平度盘制动情况下，只需测量同一竖直面内建筑物上下两点的垂距，即可测出该建筑物的高度。
（三）在日照分析中的应用
日照分析报告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。编制日照分析报告必须对已有建筑的分层窗位、屋顶平面及立面等进行测量。
以上待观测部位绝大部分悬空，外业人员很难攀爬，运用免棱镜全站仪能很好的克服上述难题。极大提高日照分析测量的效率。
（四）在其它测绘领域的运用
在陡崖、采石场、危岩石块等地形陡峭险峻地段，作业人员攀爬有极大的安全隐患。同样在一些化工厂、送变电设施等测量危险区域，免棱镜全站仪的优势体现得更为明显。在免棱镜全站仪的有效测距范围内，只要正确设置仪器高就可以得到待测点的平面及高程数据，极大的减轻了作业人员的劳动强度和作业危险性，提高了测绘速度，缩短了外业作业时间。
四、存在的问题与对策
无棱镜测量技术虽然有多方面的优越性能,但不是万能的,特别对野外各种不同的观测条件,仪器不可能改变它,也不可能完全适应野外的条件。因此作业人员应充分了解此新技术的特性,采取必要的措施,扬长避短,才能更好地发挥其先进技术设备的优势,取得良好的观测成果。
（1）在进行大比例尺数字地形图测绘时，用免棱镜测量可以取代有棱镜测量（被测地物在无棱镜测量测程之内）。但是无棱镜测量在测量视线穿过植被茂盛地区或透明体（如玻璃）时，或被测地物的柯达灰度值较低时，测量精度较低、测程较短。在此条件下，对重点和精度要求较高的地物应采用有棱镜检测或补测,以确保其点位准确性。
（2）免棱镜测量要耗费较大的电源，外业时要准备充足的电源，必要时配置外挂电源。
（3）注意不要将激光束射向似镜表面。
（4）施测过程中不要长时间通过目镜观测标的物，以免将眼睛长时间置于激光束中导致受伤。
（5）免棱镜测量适用于人员难以到达的特征点，如悬崖、陡峭石崖、溪谷、客流大的公路、有剧毒的化工地区、高温高压地区等。
五、结束语
全站仪免棱镜测量在特殊观测点、危险点测量中显示出极大优越性，解决了传统测量方法解决不了的问题。不仅使作业强度和危险性大大降低，而且极大提高生产效率，测点精度高且均匀，对被测目标也起到一定保护作用。即使在一般测量条件下，全站仪免棱镜测量技术也比传统测量方法优越。实践证明其在工程勘测、施工放样和竣工测量中均有广阔的应用前景。
参考文献：
[1]王靖,师军良.无棱镜全站仪在数字地形图测绘中的应用[J].黄河水利职业技术学院学报,2008.（1）:46-48
[2] 曾绍文.免棱镜全站仪在日照分析测量中的应用.中国市政工程，2009.（8）.55