一種全站儀在夜間測量的棱鏡搜索方法

方雪昭　王兵　魏吉奧　劉浩然

摘 要：全站儀由于使用方法簡單，測量結(jié)果比較全面、準(zhǔn)確，被廣泛應(yīng)用于日常工程測繪過程。但是由于工作環(huán)境的影響，全站儀在使用過程中需要適應(yīng)多種不同的實(shí)際工作條件，使用不同的測繪方式進(jìn)行實(shí)際測量工作。本文在總結(jié)全站儀已有測量方式的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)實(shí)際西部油田作業(yè)區(qū)應(yīng)急測量經(jīng)驗(yàn)，針對全站儀夜間測量的不利條件，提供了一種全站儀夜間測量的棱鏡搜索方法。該方法可以應(yīng)用于全站儀的夜間測繪工作，擴(kuò)展了全站儀的工作區(qū)間。

關(guān)鍵詞：全站儀 夜間測量 棱鏡搜索 測繪方法

中圖分類號：TD175 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0119-02

全站儀又被稱為全站性電子測距儀，是一種集水平角、垂直角、距離（斜距、平距、高差）測量、三維坐標(biāo)測量、導(dǎo)線測量、交會定點(diǎn)測量和放樣測量等多種功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量或變形監(jiān)測領(lǐng)域。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，由于外界氣象復(fù)雜多變，常常需要根據(jù)外界條件設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，否則就會影響全站儀測量精度。全站儀在夜間測量時(shí)，由于難以找到棱鏡位置，不易測量。陳振宇在《一種可夜間使用的測繪專用塔尺》中介紹了一種有利于夜間測試使用的尺子，但是對夜間待測位置的高程進(jìn)行測量[1]；鮑俊雄在《一種夜間快速定位全站儀棱鏡裝置》中對于棱鏡設(shè)置了警示燈等指示標(biāo)志，下側(cè)設(shè)置了LED顯示板，對于夜間全站儀尋找棱鏡起到了很大的幫助[2]，但是花費(fèi)較高，不利于實(shí)際應(yīng)用。因此，尋找一種能夠使全站儀在夜間進(jìn)行測量的簡便方法，對于全站儀進(jìn)行夜間測量工作具有重要意義。

1 夜間測量存在的技術(shù)問題

全站儀在白天進(jìn)行測量時(shí)，人眼能夠觀測到全站儀的大致方向，通過全站儀上方的瞄準(zhǔn)星能夠?qū)⑷緝x目鏡調(diào)整到與目標(biāo)位置棱鏡大致共同的方向，再通過調(diào)整目鏡上下左右的方向，使得棱鏡中心的十字架能夠被目鏡觀測到，從而進(jìn)行準(zhǔn)確測量。但是在夜間進(jìn)行測量時(shí)，棱鏡不能被人眼捕捉，同時(shí)通過全站儀找不到棱鏡位置，因此不能用全站儀進(jìn)行夜間測量。如何通過人眼尋找棱鏡位置，利用全站儀尋找棱鏡中心的十字架并進(jìn)行測量，成為夜間測量中的主要技術(shù)問題。

2 全站儀夜間測繪原理

全站儀的測繪主要是利用類似于望遠(yuǎn)鏡的裝置，實(shí)現(xiàn)了視準(zhǔn)軸、測距光波的發(fā)射、接收光軸同軸化。即在望遠(yuǎn)物鏡與調(diào)焦透鏡間設(shè)置分光棱鏡系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的多功能，既可瞄準(zhǔn)目標(biāo)，使之成像于十字絲分劃板，進(jìn)又可進(jìn)行角度測量。同時(shí)其測距部分的外光路系統(tǒng)又能使測距部分的光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光在經(jīng)物鏡射向反光棱鏡后，經(jīng)同一路徑反射回來，再經(jīng)分光棱鏡作用使回光被光電二極管接收；為測距需要在儀器內(nèi)部另設(shè)一內(nèi)光路系統(tǒng)，通過分光棱鏡系統(tǒng)中的光導(dǎo)纖維將由光敏二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光傳也送給光電二極管接收，進(jìn)而由內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差間接計(jì)算光的傳播時(shí)間，計(jì)算實(shí)測距離；全站儀特有自動補(bǔ)償系統(tǒng)，可對度盤讀數(shù)中造成的測角誤差自動加以改正，使得全站儀的測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。全站儀在夜間進(jìn)行測量時(shí)，由于不能通過目鏡找到棱鏡，因此光敏二極管發(fā)射的紅外光線不能確定棱鏡位置，光路信息不能返回，被光電系統(tǒng)接收裝置接收，因此難以對目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測量，不能開展夜間測量工作。只有棱鏡的信息能夠被全站儀捕獲，光敏元件發(fā)射的光電信號才能夠通過棱鏡進(jìn)行反射，被全站儀中被捕捉，通過分析相位、計(jì)算傳播時(shí)間，才能得到需要的角度、距離和坐標(biāo)等信息。

3 夜間棱鏡搜索方法

本研究通過總結(jié)以往測量經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只要能通過全站儀找到棱鏡十字架的中心，全站儀發(fā)射的信號能夠被棱鏡反射回來，全站儀就能夠進(jìn)行精準(zhǔn)測量。因此我們設(shè)計(jì)了如圖1所示的簡易裝置。

該裝置將棱鏡用LED燈圈包圍，在夜間進(jìn)行緊急測量任務(wù)時(shí)，可以通過供電設(shè)施，讓燈圈自動發(fā)光，將棱鏡清楚的顯示出來。先由人確定全站儀測量的大致反向，再由全站儀找到棱鏡的中心，然后即可按照測量需要進(jìn)行不同的測量工作。

將棱鏡外側(cè)的LED圈帶布設(shè)成為圓形的燈帶，主要考慮兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是在同等材料的情況下，圓形能夠布設(shè)更大的表面積，光源更加醒目，能夠使全站儀更快的找到棱鏡的中心位置進(jìn)行測量；二是在同等面積情況下能夠更加節(jié)省原料，更加經(jīng)濟(jì)；三是棱鏡為圓形，圓形LED燈圈能夠與棱鏡更好的結(jié)合，不會因連接處孔隙過大影響測量結(jié)果。

通過大量的重復(fù)試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)全站儀在夜間進(jìn)行測量時(shí)，對棱鏡進(jìn)行燈光處理后，全站儀測量所得到的結(jié)果和白天所得到的結(jié)果一致。因此全站儀在進(jìn)行夜間測量時(shí)，可以通過在棱鏡外側(cè)布設(shè)LED燈圈，將棱鏡進(jìn)行光照處理，此時(shí)全站儀能夠更方便的觀察到棱鏡。由此可得在冷靜外側(cè)布設(shè)LED燈圈，能夠適用于全站儀的夜間測量。

4 全站儀操作注意事項(xiàng)

全站儀屬于精密測量儀器，在使用過程中有很多需要注意的事項(xiàng)：（1）在測量之前檢查儀器箱是否完整，檢查儀器是否一切正常；（2）裝卸儀器時(shí)，必須緊握提手和底座，不可握住顯示單元和鏡筒，以免影響內(nèi)部固定部件；（3）測量結(jié)束時(shí)應(yīng)當(dāng)用干抹布擦拭浮塵，裝箱時(shí)各部件應(yīng)當(dāng)放置穩(wěn)妥，合蓋無阻礙；（4）由于金屬易產(chǎn)生震動，全站儀應(yīng)當(dāng)盡可能的架設(shè)在木質(zhì)三腳架上，減少震動對儀器的影響，提高測量精度；（5）當(dāng)測站相距較遠(yuǎn)時(shí)，一個(gè)站點(diǎn)測完需要搬站到另一點(diǎn)時(shí)，需要將全站儀整機(jī)裝箱，到另一點(diǎn)時(shí)進(jìn)行重新安裝，不能將全站儀直接進(jìn)行搬運(yùn)；（6）應(yīng)當(dāng)考慮針對不同的棱鏡設(shè)置不同的LED燈圈，針對不同的工作條件配備不同的供電系統(tǒng)；（7）應(yīng)當(dāng)考慮不同環(huán)境情況下供設(shè)備對LED燈圈的供電效果影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈立祥，陳振宇，梁昱，等.一種可夜間使用的測繪專用塔尺：CN201520504893[P].20151118.

[2] 鮑俊雄，劉茂林.一種夜間快速定位全站儀棱鏡裝置CN206656731U[P].2017-11-21.