TS30全站儀在復(fù)雜區(qū)測(cè)圖中的應(yīng)用

安治國(guó)，陳胤璇，高　朋，陳金龍（解放軍61243部隊(duì)，甘肅　蘭州730020）

TS30全站儀在復(fù)雜區(qū)測(cè)圖中的應(yīng)用

安治國(guó)，陳胤璇，高朋，陳金龍
（解放軍61243部隊(duì)，甘肅蘭州730020）

介紹了TS30全站儀的基本性能，無(wú)與倫比的精度及完美品質(zhì)，通過(guò)在某復(fù)雜區(qū)的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了其可靠性、高效性。

全站儀；免棱鏡測(cè)距；超級(jí)搜索

1　前言

追求高品質(zhì)、高精度與更高可靠性是徠卡公司一貫秉承的理念。徠卡第四代全站儀TS30引領(lǐng)著全站儀的技術(shù)潮流，融合了角度測(cè)量、距離測(cè)量、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別和快速跟蹤等功能，依靠其無(wú)與倫比的精度和品質(zhì)重新詮釋了精密測(cè)量，使用它測(cè)量人員不會(huì)再受項(xiàng)目苛刻要求的困擾，順利完成各種測(cè)量任務(wù)。本文結(jié)合TS30全站儀在某社區(qū)清真寺測(cè)圖中的實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了TS30全站儀便捷與可靠，尤其是其免棱鏡猜測(cè)量模式，在數(shù)據(jù)采集中體現(xiàn)了精度高、效率高的特點(diǎn)，大大減小了傳統(tǒng)測(cè)量所花費(fèi)的人力、物力、時(shí)間。

2　TS30全站儀主要性能

徠卡TS30高精度全站儀，俗稱測(cè)量機(jī)器人，TS30運(yùn)用陶瓷壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以毫米級(jí)的步進(jìn)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速和加速度，使儀器具有極佳的動(dòng)態(tài)跟蹤性能，此技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，不會(huì)被電磁場(chǎng)干擾，因此TS30可以在高電壓、高磁場(chǎng)區(qū)域穩(wěn)定工作。TS30還具有攝像功能，能像數(shù)碼相機(jī)一樣拍照，儲(chǔ)存測(cè)點(diǎn)的影像。

TS30全站儀可以集成附加的GNSS系統(tǒng)，組成所謂的SmartStation成為超站儀，通過(guò)GNSS系統(tǒng)確定儀器架站點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)不需要加密控制網(wǎng)點(diǎn)的碎部點(diǎn)測(cè)量及施工放樣。而且可以整合GNSS智能天線和棱鏡組成鏡站儀，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)站和定向，其完美的擴(kuò)展了GNSS的應(yīng)用，大大提高了作業(yè)效率。

TS30采用ATR（自動(dòng)目標(biāo)照準(zhǔn)）技術(shù)的同時(shí)，采用目標(biāo)超級(jí)搜索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全周范圍的快速動(dòng)態(tài)搜索。儀器進(jìn)行廣域目標(biāo)搜索時(shí)，發(fā)出一束垂直發(fā)散角36°、水平發(fā)散角為0.023°的激光束，儀器自動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果視線范圍內(nèi)有棱鏡存在，則棱鏡將激光信號(hào)反射回去，儀器收到信號(hào)后匹配，計(jì)算概略角度，這時(shí)再啟動(dòng)自動(dòng)目標(biāo)照準(zhǔn)功能精確照準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量。此過(guò)程僅需5～10s時(shí)間。TS30全站儀作為徠卡第四代產(chǎn)品，還集成了1000m范圍的免棱鏡測(cè)距技術(shù)，為困難條件下完成測(cè)量提供了可能。TS30作為業(yè)界的佼佼者，引領(lǐng)著測(cè)量技術(shù)的新潮流。TS30全站儀技術(shù)參數(shù)見表1。

表1　徠卡TS30全站儀技術(shù)參數(shù)

3　全站儀免棱鏡測(cè)量原理

免棱鏡全站儀可以不以棱鏡作為測(cè)量目標(biāo)就可以直接進(jìn)行測(cè)距的全站儀。免棱鏡測(cè)量又叫無(wú)合作目標(biāo)測(cè)量，不需要反射棱鏡測(cè)量而是靠被測(cè)物的自然表面反射光線來(lái)進(jìn)行測(cè)量。免棱鏡測(cè)量有兩種測(cè)量方法和多種測(cè)量模式。第一是脈沖法，第二是相位法。脈沖法用于測(cè)量時(shí)是靠發(fā)射和接收信號(hào)之間的時(shí)間差來(lái)計(jì)算儀器到被測(cè)物的距離，即通過(guò)時(shí)間與脈沖速度計(jì)算距離，如果需要精度較高的測(cè)距，則依據(jù)多次測(cè)量的平均距離作為測(cè)量的最或然值。相位法測(cè)量是利用測(cè)量的連續(xù)信號(hào)，以不同的測(cè)量頻率來(lái)調(diào)制載波的信號(hào)從而測(cè)出發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)之間的相位差，求得儀器到被測(cè)之間的距離。一般來(lái)說(shuō)相同條件下，脈沖法的測(cè)程較遠(yuǎn)，但相位法的精度較高。

傳統(tǒng)的測(cè)距儀大都使用發(fā)光管（LED）作為信號(hào)源，新型測(cè)距儀的信號(hào)源為激光管，這樣可以提高發(fā)射功率，保證無(wú)棱鏡測(cè)距時(shí)的測(cè)程和測(cè)距精度。相位法測(cè)距用的測(cè)量光束很細(xì)，因此能準(zhǔn)確地分辨出非常近的相鄰點(diǎn)。脈沖式無(wú)棱鏡測(cè)距不需要很強(qiáng)的激光功率，但其精度較低。此外，現(xiàn)在大多數(shù)無(wú)反射棱鏡全站儀使用同軸測(cè)距儀，這種設(shè)計(jì)降低了對(duì)儀器中心偏移量修正的需要，是分體式全站儀無(wú)法比擬的，但有的一體化全站儀也有一些偏離，如偽同軸的測(cè)距儀設(shè)計(jì)為發(fā)射信號(hào)與視準(zhǔn)軸同軸，接收光路有一定的偏移，距離解算時(shí)還需改正偏移量。

4　TS30免棱鏡測(cè)量施測(cè)及精度分析

為配合某部門安全綜合數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)建設(shè)，筆者單位參與完成了某社區(qū)人員密集區(qū)清真寺大比例尺地形測(cè)圖工作，該測(cè)圖區(qū)地處城鄉(xiāng)結(jié)合部，周圍地形復(fù)雜，建筑物高大，遮擋嚴(yán)重，內(nèi)部建筑不規(guī)則，且院落狹小，如果利用傳統(tǒng)的全站儀加棱鏡的測(cè)量方法，許多點(diǎn)位可能無(wú)法到達(dá)，而采用GPS RTK法采集碎部點(diǎn)，許多點(diǎn)位信號(hào)很弱，接收機(jī)無(wú)法采集?；诖?，我們充分利用TS30全站儀強(qiáng)大的免棱鏡功能很好的完成了此項(xiàng)任務(wù)。正式作業(yè)前，我們利用GPS接收機(jī)采取靜態(tài)聯(lián)測(cè)方式，在該坐落營(yíng)區(qū)大門口開闊地帶測(cè)得兩個(gè)相互通視的固定點(diǎn)，作為測(cè)量作業(yè)的起始儀器站點(diǎn)和定向點(diǎn)。由于項(xiàng)目精度要求不高，其他需要架站的點(diǎn)位坐標(biāo)我們采取支點(diǎn)方式確定。由于TS30強(qiáng)大的免棱鏡功能精度高、速度快，用上述兩種方法難以完成的任務(wù)，我們所有外業(yè)碎部點(diǎn)采集僅用了2h，許多棱鏡無(wú)法到達(dá)點(diǎn)位很輕松就可以完成數(shù)據(jù)采集，作業(yè)效率很高，大大減小了野外作業(yè)工作量。

為檢驗(yàn)其免棱鏡模式成果可靠性，作業(yè)前在作業(yè)區(qū)附近8個(gè)地面點(diǎn)位上做記號(hào)，分別采取架設(shè)棱鏡、無(wú)棱鏡測(cè)量的方式，對(duì)8個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)值進(jìn)行比較分析，以棱鏡測(cè)量數(shù)據(jù)比對(duì)無(wú)棱鏡測(cè)量模式精度，數(shù)據(jù)采集時(shí)棱鏡采取簡(jiǎn)易鋁合金三腳架確保對(duì)中整平，無(wú)棱鏡數(shù)據(jù)采集時(shí)視線嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)地面點(diǎn)位中心，儀器架設(shè)在已知點(diǎn)上，定向利用另外一個(gè)已知點(diǎn)。表2為8個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，表中只顯示小數(shù)點(diǎn)后數(shù)據(jù)，整數(shù)部分略去。

表2　兩種模式測(cè)量坐標(biāo)成果

圖1為兩種方式坐標(biāo)較差曲線圖，從圖中我們可以看出，無(wú)棱鏡測(cè)量模式精度可靠，平面較差好于高程較差，水平較差最大值為46.3mm，高程較差最大值為44.7mm，從比較結(jié)果看，TS30全站儀近距離情況下，無(wú)棱鏡測(cè)量精度可靠，能滿足低精度距離測(cè)量或大比例尺測(cè)圖任務(wù)。

圖1　兩種測(cè)量模式較差曲線圖

5　結(jié)論

1）通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目測(cè)量應(yīng)用，TS30免棱鏡測(cè)量模式在反射力較強(qiáng)的地方非常方便，當(dāng)反射條件不好或有少量遮擋時(shí)，效率低或容易產(chǎn)生粗差。

2）無(wú)棱鏡在反射面較好的情況下可實(shí)現(xiàn)單人測(cè)量，且能避免工作人員進(jìn)入懸崖、陡山有毒等危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)，大大提高作業(yè)效率，減小野外測(cè)量工作量。

3）無(wú)棱鏡模式在大比例尺測(cè)圖等任務(wù)中能夠大大提高作業(yè)效率，但如果遇到植被好、視線容易遮擋的情況時(shí)，容易產(chǎn)生粗差，此時(shí)對(duì)于重點(diǎn)點(diǎn)位、重點(diǎn)目標(biāo)還是應(yīng)該采取棱鏡模式以確保測(cè)量成果可靠性。

［1］ 韓莫非.淺談無(wú)棱鏡全站儀在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，18：290.

［2］饒明華.全站儀免棱鏡測(cè)量在測(cè)繪中的應(yīng)用［J］.科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2012（2）：7-9.

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［4］ 吳呂穩(wěn)，劉新富，許茵.免棱鏡全站儀測(cè)量的精度分析［J］.浙江測(cè)繪，2012，22-23.

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