全站仪免棱镜测绘线路横断面

山东科技大学测绘工程10-1班前言在公路、铁路的线路勘测中,测绘横断面的工作量非常大,并且横断面是土方计量、道路横坡设计、支挡防护设计的重要依据。测绘横断面的重要性提出问题测绘横断面的传统方法有经纬仪视距法、水准仪法、皮尺花杆法等,但在一些困难地区、特殊地形条件下,在横断面测绘点上难以放置棱镜或立尺,若能简捷高效地解决这个问题会取得显著的经济效益。前言在此以在闽清站场改造工程中的勘测为实例,介绍了在测点无法放置棱镜时用LeicaTCR1102全站仪免棱镜测绘横断面的具体应用和应注意的问题。全站仪免棱镜测量的基本原理和测量精度全站仪免棱镜测量的基本原理和测量精度分析免棱镜测量介绍：免棱镜测量(Reflectorless)又叫无合作目标测量,是不需用反射棱镜而依靠被测物体自然面反射光线来进行测距。LeicaTCR1100系列全站仪EDM(ElectronicDistanceMeasuringinstrument)模块被集成在全站仪中,可以产生一束与望远镜同轴的红外激光IR(Infra-red),作为相对于红外光束的一种，选择其还可产生可见波段的红色激光束RL(RedLaser),相应地有IR和RL两种测距方式,通过全站仪键盘上的按键可完成两种测距模式的转换。IR测距方式需要反射棱镜或反射片。RL测距方式可以不用反射棱镜,也可以用反射棱镜测量(长距离测量,>1000m),其波长为0.67um,基础频率100MHz,精测尺长1.5m。免棱镜测量有效距离为80m,XR型为170m,标称精度±(3mm+2×10-6D)。激光点在20m处7mm×14mm,在50m处为10mm×20mm。当被测距离≤30m时单次测量时间≤3s,被测距离>30m时单次测量时间为3s+1.0s/10m[1]。此外,测距的激光束非常细,可以精确测量墙角、屋檐等细小的被测物体。索佳SET30R系列,拓普康GPT-8200A,GPT-7000i系列,Trimble5600、3600、3300系列以及徕卡TCRAPTCR系列全站仪都具有免棱镜测量功能,且售价越来越便宜,可供测量人员自由选择。全站仪免棱镜测量的基本原理和测量精度分析能不能用：免棱镜测距的标称精度为±(3mm+2×10-6#D),即每公里测距误差±5mm,这是采用目标板(no.710333)在测距≤30m时通过实验获得的精度。但在不同大气条件和测量环境下,测量结果会受到各种因素的影响,实际测量精度往往达不到仪器的标称精度。文献[2]实验表明,不管距离远近,IR和RL模式下水平角观测值和天顶距观测值基本一致,即免棱镜测量模式对测角精度无显著影响,经多次观测计算得到水平方向和天顶距的均方差最大值为3d。在免棱镜模式下,对玻璃幕墙、光滑墙壁、平静水面、灰色墙壁、三角铁架、水泥路面、沙土路面、树干、褐色雨伞、草丛、阔叶树叶等常见的反射面进行多次观测,每个点测量40余次,所得观测值均方差最大值为27.10mm[2]。全站仪免棱镜测量的基本原理和测量精度分析下面分析距离和角度共同对高差的影响:h=D#tanA.式中:h为高差,D为平距,A为竖直角。全站仪免棱镜测量的基本原理和测量精度分析一般测绘横断面的范围为线路中线两侧各100~150m[3],取D=150m。由上述实验可取测距中误差mD=±27.10mm,测角中误差mα=±3″。(1)式中它量不变时高差h的中误差随竖直角A的增大而增大,且实际勘测中竖直角一般不会超过60°,所以取A=60°进行计算。则高差的中误差mh为全站仪免棱镜测量的基本原理和测量精度分析按三倍的中误差作为测量误差的极限值,即高差的极限误差(3)距离的极限误差(4)《新建铁路工程测量》[4]规定,横断面检测限差如表1所示。全站仪免棱镜测量的基本原理和测量精度分析表2中,L为测点至中桩的水平距离,h为测点至中桩的高差。(3)式和(4)式计算的极限误差小于表1、表2规范规定的检测限差,从理论分析可以看出利用全站仪免棱镜测绘横断面的精度能满足规范的精度要求。在闽清站场改造勘测中,利用全站仪无棱镜测绘的横断面资料进行施工图设计,在施工中现场放样也验证了其测量精度比较高,实践证明了全站仪免棱镜测绘横断面的精度能满足设计、施工的需要。全站仪免棱镜测量的基本原理和测量精度分析全站仪免棱镜测绘横断面的实际应用一、工程概况闽清站为铁路货运站,位于直线段上,绝大部分是高路堤地段,右临闽江。计划在右边增建1股道(5道)及货运配套设施。在欲测横断面方向上,既有边坡为浆砌片石护坡,坡度陡且高差大,测绘人员难以到达被测点放置棱镜。每隔5~10min就有列车通过,对测量干扰很大。二、横断面实测1.确定横断面方向安置仪器：全站仪免棱镜测量横断面时仪器应安置在线路中线断面点(中桩)或在横断面方向上的某处。确定横断面：无论是直线地段还是曲线地段,均可选用偏角法、自由测站坐标反算等方法确定横断面方向,不再赘述。测点布置：断面测绘密度一般直线地段每隔50m、曲线地段每隔20m测一处,零点断面、线路纵横地形明显变化、曲线控制桩等应加测,桥隧等重点工程地段及不良地质地段应适当加密,具体操作应按勘测规范要求,结合工程现场实际情况确定。全站仪免棱镜测绘横断面的实际应用2.横断面测量确定横断面设置全站仪于中桩A点,如图1所示,后视另一线路中线点归零,转动照准部,水平度盘读数为90°或270°即为A处横断面方向。全站仪免棱镜测绘横断面的实际应用实际测量：为避免列车干扰,沿横断面方向在路肩上打木桩钉小钉(B点)。在B点安置仪器,量取仪高i按测量所需设置用户模板、棱镜常数等瞄准A点,通过全站仪键盘上按键选择标准测量模式和免棱镜模式开始测量、数据。倒镜依次测量地形变化较大的地形点1、2、3等处即完成一个断面测量。表3为现场实测的一组数据。全站仪免棱镜测绘横断面的实际应用全站仪免棱镜测绘横断面的实际应用3.横断面绘制若手工绘制横断面,可在AutoCAD中从B点(置仪点)开始利用相对坐标命令(@x,y)按实际测量数据依次绘制A、1、2、3、4点,连接A、B、1、2、3、4点即为横断面图,再用SCALE命令缩放至1:200或要求的横断面图比例尺,如图2。也可采用计算机与全站仪连接,利用软件自动成图这种方法测绘横断面只需一人即可完成测量、记录,快捷高效。在该工程中,测量断面陡而且高差大,还不时受列车干扰,但只用半天时间就可测33个断面。全站仪免棱镜测绘横断面的实际应用全站仪免棱镜测绘横断面的实际应用1)棱镜常数：徕卡圆棱镜的棱镜常数是34.4mm,LeicaTPS全站仪系统内部将圆棱镜常数设为0(默认值),在测距时系统自动对测量结果进行修正。因此,在免棱镜模式下,棱镜常数应设为+34.4mm,这样全站仪屏幕显示的距离值就为实际距离值。采用不同的仪器、不同的棱镜,应按说明书提供的技术参数在全站仪上进行正确设置。2)免棱镜的测量精度与大气条件、所测距离、反射角及反射物体的稳定性有关。所测距离增长,测量精度随之下降。不要在大雾、大雪、大雨和水蒸汽多(热浪)时测量,这时部分激光会被雪花或雨滴反射、散射,极大降低测量精度,甚至触发EDM记录数据,得到不可靠的结果。利用全站仪免棱镜测量应注意的问题3)测量时视线上不能有其他物体经过。这是因为发射出去的激光在接触到第一物体表面时就可返回足够的能量触发EDM记录数据。这时全站仪屏幕所显示的数据不是应测点的真实数据,而是全站仪到反射光线的第一物体之间的数据量。如果发生这种情况应重新测量。4)采用DIST标准测距模式,而不用RTK或RTRK测距模式,以获得较高的测距精度。5)在野外测量,仪器难免汽车运送颠簸,建议每测一段时间,按说明书检查、校正激光束的方向。6)安全问题：从望远镜里看不到红色激光束,而在望远镜的上方或侧面可以看到红色激光束。Leica全站仪一般采用class2PÒ、class3R级激光,虽然满足相关安全标准,但连续观察激光束或把激光束直接指向别人会对人造成伤害。更不能用其他光学仪器观察激光束,也不能两台全站仪在RL测距模式下同时观测同一目标点。利用全站仪免棱镜测量应注意的问题全站仪免棱镜测量在特殊点、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。在京九复线K2159+474处深路堑开挖时边坡放样、浆砌片石护坡工程量的计量以及新上屯隧道的开挖断面放样和隧道断面竣工测量也使用了全站仪免棱镜技术,效果非常好。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。