邹俊华， 魏益友

(江西省煤田地质局测绘大队，江西 南昌 330008)

有棱镜全站仪和GPS-RTK联合全站仪是当前测绘领域中常用的测绘方法，可以保障测绘任务的快速完成，但是，在地形地测绘过程中，常遇到测量工作人员无法到达的地方，如沼泽、湖泊、深谷、悬崖等地区，但通常这些区域又是地形图需重点表达的内容，显然上述两种测绘方法无法满足地形测量的实际需求。免棱镜全站仪在地形测量过程中可以实现不接触被测点而获得被测点的三维坐标，有效的避免了因地形地势陡峭等原因导致测量人员无法到达被测点的缺陷，显著地提高了地形测量的精度。

1 免棱镜全站仪概况

1.1 免棱镜全站仪

免棱镜全站仪是利用光学原理将激光束打到需要测定的目标物的某一特定点上，被测物在受到激光束的照射过程中会通过漫反射的方式返回激光信号，免棱镜全站仪接收后对激光信号的分析就可获得被测点的三维坐标。免棱镜全站仪不仅具备了有棱镜全站仪的功能，且测量距离也较后者更远。此外，免棱镜全站仪与常规的测量手段相比，减少了测量工作人员爬山等工作，实现了远距离测量，在今后地形、地籍、工程、房产、施工等测绘领域中具有广阔应用的前景。

1.2 免棱镜全站仪优点

与普通的有棱镜全站仪相比，免棱镜全站仪具有明显的优势，主要表现在以下几个方面：(1)微信号不失真放大技术，在测量过程中若不使用反射棱镜时，反射回来的信号仅表现在信号较弱，而反射回来的信号噪音极小，使得免棱镜全站仪因具有微信号不失真放大技术而具有显著优势；(2)大动态范围信号处理技术，普通的有棱镜全站仪采用红外技术，即反射回光信号变化范围约为10倍，也就是信号可以从10 mV变为100 mV；免棱镜全站仪使用激光技术，反射回来的信号相差可达10 000倍，使得免棱镜全站仪在大动态范围信号处理技术方面有明显的优势；(3)高频信号处理技术，与普通的红外有棱镜全站仪相比，免棱镜全站仪采用激光技术，不仅提高了测量精度，减小了周期误差，相位均匀性也明显提高，但是免棱镜全站仪对信号接收板的要求也有所提高，需要处理的信号频率与普通相比提高了4～8倍。

2 免棱镜全站仪测量中误差主要来源分析

查明测量仪器的误差来源是消除误差的主要途径，免棱镜全站仪在测量过程中产生的误差来源与普通的有棱镜全站仪的误差来源一致，包含了三轴误差、仪器的照准误差、仪器的对中误差、测角测距误差、三角高程误差等几个方面。虽然误差来源基本一致，但是在免棱镜测量过程中，还受到测量目标的形状、颜色、反射角等因素的影响。根据前人的研究成果显示，不同的因素对免棱镜测量精度的影响主要表现在以下几个方面：(1)温度对免棱镜测量精度的影响不大；(2)材质的差异对免棱镜测距精度的影响不大；(3)测反射面的颜色越浅，越有利于免棱镜的测量；(4)入射角是影响免棱镜全站仪测量精度的主要因素，尽可能减小入射角有利于提高免棱镜全站仪的测量精度。

表1 不同入射角的测距结果统计表

3 免棱镜全站仪在地形测绘中的精度控制分析

3.1 提高免棱镜全站仪精度的措施

免棱镜全站的误差来源与普通有棱镜全站仪的误差来源一样，包含了三轴误差、仪器的照准误差、仪器的对中误差、测角测距误差、三角高程误差等几个方面，造成免棱镜全站仪系统误差。仪器的系统误差不是随机变量，有一定的规律，因此可以通过校正等措施将其消除。按照免棱镜全站仪系统误差的特点，可以通过下述几个方面的措施消除系统误差，进而减少免棱镜全站仪的测量精度：(1)在开展测量工作之前，需要对免棱镜全站仪进行校正，包括校正免棱镜全站仪中的管水准器、圆水准器、光学对中器、望远镜分划板、竖盘指标差、视准轴与横轴的垂直度等；此外，免棱镜全站仪需要先校正后使用，尽可能减少系统误差；(2)在测量时要随环境调整测量方法，充分利用某些误差的抵偿特征，尽可能的减小或消除积累误差，提高测量精度；(3)测量目标物体的形状、颜色等对测量精度的影响较大，在测量过程中尽可能的选取颜色较浅的目标物，尽可能以低角度的入射角测量来提高免棱镜全站仪的测量精度。

3.2 使用免棱镜全站仪需注意的问题

免棱镜全站仪误差类型包括系统误差和人为误差两个方面。因此，在使用该仪器进行地形测绘过程中需要注意以下几点问题。(1)在使用免棱镜全站仪前，需要将免棱镜全站仪送至专门的测绘仪器计量校准部门进行检验与校正，只有检验或校正合格的产品才能投入使用，并要做好检验或校正记录，消除或降低系统误差；(2)在测量过程要充分考虑免棱镜全站仪站点的位置，应选择视野开阔、无阻挡物的区域设置站点，防治因树木、电线杆等的阻挡对测量工作的干扰；(3)在测量过程中常会遇到反射条件差的区域，导致免棱镜全站仪的测量精度明显较低，因此，在实际测量过程中，全站仪站点与被测点之间的距离应保持在免棱镜全站仪说明书中的最大测量距离之内，避免因反射条件差而降低测量精度；(4)选择被测目标体时，尽可能地避开杂草、树木等植被，因为选取上述植被作为被测目标时，在风吹草动的状态下会使得免棱镜全站仪的测量精度降低；(5)免棱镜全站仪与普通的有棱镜全站仪相比更为耗电，因此，为了保证测量效率，在外业操作过程中备好电池。

4 结语

在地形测绘中，尤其是我国青藏高原等高海拔地区，常存在大量测量人员无法到达的区域，此时，普通的测量仪器误差较难准确获得相应的测量数据。免棱镜全站仪不需测量人员到达被测点，就可以获得精确的三维坐标，不仅减少了测量工作人员的工作量，提高了测量人员的工作效率，提高了测量数据的精度，还保证了野外测量工作人员的安全问题，缩短了工作周期。同时，免棱镜全站仪测量也有较大的局限性，在测量过程中要确保被测点无遮挡物，且被测点具有较好的反光性能，宜选用颜色浅的物体作为被测目标物。基于此，本文以免棱镜全站仪为研究对象，简要的讲述了该仪器在地形测绘中精度的控制，以推动免棱镜全站仪在地形测绘中广泛应用。