無棱鏡全站儀在橋梁通航凈空測量中的應(yīng)用

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1、無棱鏡全站儀在橋梁通航凈空測量中的應(yīng)用黃志行王靈鋒周小峰（浙江省河海測繪院，浙江杭州310020）摘要:通過對無棱鏡測距的介紹，精度的分析，提出無棱鏡測距全站儀的優(yōu)勢，在針對橋梁通航凈空測量時候，對工程實踐此類設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：全站儀；無棱鏡；橋梁凈空測量；應(yīng)用中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1問題的提出隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通流量的不斷增加，為方便交通，各地河流、航道上興建大橋也日益增多。橋梁建設(shè)前期要先論證橋梁通航凈空尺度，因為橋梁的建設(shè)是按高于此標(biāo)準(zhǔn)來建設(shè)的，而

2、竣工后,橋梁在一定時間內(nèi)會產(chǎn)生變形沉降。因此，在橋梁建成一定時候后必須經(jīng)過通航凈空測量，才能確保通航質(zhì)量，保證來往船只的安全。橋梁凈空測量是否準(zhǔn)確直接影響到過往船只能否順利通航，同時影響到大橋是否安全，是審批橋梁通航前不可缺少的一項重要工作。針對大橋凈空測量，常規(guī)測量工具有測繩、鋼卷尺、皮尺、測距儀、全站儀。由于人工不能直接量取橋底面高程，只能采用激光類儀器設(shè)備，隨著無棱鏡全站儀的問世及其測量精度的不斷提高，為測量橋梁通航凈空提供了一種很好的設(shè)備與方法。筆者在舟山大陸連島工程中已竣工的響礁門、岑港

3、大橋、桃夭門大橋通航凈空測量工程中，采用無棱鏡全站儀，使用三維極坐標(biāo)法進(jìn)行施測，證明采用此類測量技術(shù)能夠節(jié)省大量的外業(yè)時間，對類似的項目具有很好的借鑒意義。2無棱鏡全站儀全站儀是由電子經(jīng)緯儀、光電測距儀微處理器與數(shù)據(jù)記錄裝置等部件組成，其測距功能需要棱鏡反射信號。而無棱鏡全站儀與一般全站儀不同之處在于它不需要棱鏡反射就能測距，并通過所測得的距離、水平角度和天頂距自動計算得到照準(zhǔn)點的三維坐標(biāo)。2.1測距原理測距原理分脈沖法、相位法兩種：脈沖法是根據(jù)測定儀器發(fā)射的高頻率脈沖信號往返于被測距離的傳播時間

4、而獲取距離值；而相位法則使用連續(xù)信號，以不同的頻率來調(diào)制基本信號，測出發(fā)射和接收信號之間的相位差，從而求得被測距離。[1]以拓普康公司產(chǎn)品GPT-3002LN全站儀為例：GPT-3002LN全站儀采取了脈沖激光技術(shù)，擁有雙光學(xué)系統(tǒng)：一種是無棱鏡模式下的窄光束測量，使用穩(wěn)定清晰的不可見的Ⅰ級激光（Ⅰ級激光在任何條件下，光弧不會超過最大允許范圍，因此對人體健康無害）。另一種是有棱鏡模式下的寬光束測量，可提供長距離測量，有效測距長達(dá)3000m。同時GPT-3002LN裝有可見紅色激光指示器，以確保瞄準(zhǔn)點

5、正好是被測點，方便了放樣測量。GPT-3002LN在無棱鏡模式下50米距離時的發(fā)射的光斑尺寸大小：長30mm，寬10mm，照準(zhǔn)柯達(dá)灰度尺或白色表面有效測距達(dá)250M，在工程測量應(yīng)用中精度相當(dāng)高，GPT-3002LN全站儀精度指標(biāo)見表1[2]。表1GPT-3002LN全站儀精度表型?號角度測量精度距離測量精度測程（kM/p）測量模式GPT-3002LN±2″±3mm+2ppm×D3.0/1P有棱鏡模式±5mm(D>25M)0.25/NP無棱鏡模式±10mm+10ppm×D1.2/LNP無棱鏡超長模式

6、2.2坐標(biāo)計算原理普通全站儀進(jìn)行三維坐標(biāo)測量時需要輸入測站數(shù)據(jù)：包括測站坐標(biāo)(Xs、Ys、Hs)、儀器高i、棱鏡高v和后視方位角αsb（或者后視坐標(biāo)），從而求解出未知點坐標(biāo)，參見圖1[3]。圖1全站儀坐標(biāo)測量示意圖則有：方位角為：αst=αsb+β未知點坐標(biāo)為：Xt=Xs+Dst·cosαstYt=Ys+Dst·sinαstHt=Hs+i+Dst·sinαst-v當(dāng)使用無棱鏡全站儀進(jìn)行無棱鏡三維坐標(biāo)測量時、棱鏡高為0，直接照準(zhǔn)觀測目標(biāo),則有：未知點的高程為：Ht=Hs+i+Dst·sinαst2.

7、3精度分析全站儀無棱鏡測量是全站儀發(fā)展的方向，無棱鏡測量技術(shù)作為測繪界的一項新技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)，其精度一直是人們最關(guān)心的問題。由于我們使用無棱鏡全站儀時施測距離不超過250m，斜距的氣象改正、加乘常數(shù)改正、傾斜改正、投影改正都非常小，其影響可忽略不計。在不考慮以上誤差的情況下，對GPT-3002LN無棱鏡全站儀測距精度進(jìn)行了測試，每次測量距離增加，測量位置改變（墻面質(zhì)的一樣）。用全站儀分別測量ABCD、EF、GH間高差，高差值為三次測量結(jié)果取平均；鋼卷尺測量讀數(shù)為兩次量取結(jié)果取平均，比對成果見表2。

8、表2精度比對統(tǒng)計表編號測距(m)起點名終點名全站儀無棱鏡模式測取起終點高差(m)鋼卷尺量取起終點高差(m)較差(m)110.2AB1.6441.647-0.003262.18CD0.1500.151-0.0013141.58EF1.5731.5650.0084215.10GH2.4352.4180.017由上表可以看出長距離下GPT-3002LN無棱鏡全站儀采集的數(shù)據(jù)精度較高，最大較差為0.017m,。但需要注意的是全站儀照準(zhǔn)點位置對測量結(jié)果有很大影響；且隨著距離的增大，光圈隨著放