全站仪免棱镜测绘线路横断面

1、山东科技大学山东科技大学测绘工程测绘工程10-110-1班班前言前言 在公路、铁路的线路勘测中在公路、铁路的线路勘测中, ,测绘横断面的测绘横断面的工作量非常大工作量非常大, ,并且横断面是土方计量、道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。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测绘横断面的重要性 提出问题提出问题 测绘横断面的测绘横断面的传统方法有传统方法有经纬仪视距法、经纬仪视距法、水准仪法、皮尺花杆法等水准仪法、皮尺花杆法等, ,但但在一些困难地在一些困难地区、特殊地形条件下区、特殊地形条件下, ,在横断面测绘点上难在横断面测绘点上难以放置棱镜或立尺以

2、放置棱镜或立尺, ,若能简捷高效地解决这若能简捷高效地解决这个问题会取得显著的经济效益。个问题会取得显著的经济效益。前言前言 在此以在闽清站场改造工程中的勘测为实例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介绍了在测点无法放置棱镜时用leica leica tcr1102tcr1102全站仪免棱镜测绘横断面的具体应全站仪免棱镜测绘横断面的具体应用和应注意的问题。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分析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：免棱镜测量介绍： 免棱镜测量免棱镜测量( (reflectorless)reflector

3、less)又叫无合作目标测量又叫无合作目标测量, ,是不需是不需用反射棱镜而依靠被测物体自然表面反射光线来进行测距。用反射棱镜而依靠被测物体自然表面反射光线来进行测距。 leica tcr1100leica tcr1100系列全站仪系列全站仪edm(electronic distance edm(electronic distance measuring instrument)measuring instrument)模块被集成在全站仪中模块被集成在全站仪中, ,可以产生一束可以产生一束与望远镜同轴的红外激光与望远镜同轴的红外激光ir(ir(infra-red),infra-red),作为相对

4、于红外光束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的一种，选择其还可产生可见波段的红色激光束rlrl(red (red laser),laser),相应地有相应地有irir和和rlrl两种测距方式两种测距方式, ,通过全站仪键盘上的通过全站仪键盘上的按键可完成两种测距模式的转换。按键可完成两种测距模式的转换。 irir测距测距方式方式需要反射棱镜需要反射棱镜或反射片。或反射片。rlrl测距测距方式方式可以不可以不用反射棱镜用反射棱镜, ,也可以用反射棱镜测量也可以用反射棱镜测量( (长距离测量长距离测量,1 000 m),1 000 m),其波长为其波长为0.67um,0.

5、67um,基础频率基础频率100 mhz,100 mhz,精测尺长精测尺长1.5 m1.5 m。 免棱镜测量免棱镜测量有效距离为有效距离为80 m , 80 m , xrxr型为型为170 m,170 m,标称精标称精度度( (3 mm+23 mm+21010-6 -6d)d)。激光点在。激光点在20 m20 m处处7mm7mm14 14 mm,mm,在在50 m50 m处为处为10 mm10 mm20 mm20 mm。 当被测距离当被测距离30 m30 m时单次测量时间时单次测量时间 3 s, 3 s,被测距离被测距离30 m30 m时单次时单次测量时间测量时间为为3 s+1.0 s/10

6、m13 s+1.0 s/10 m1。 此外此外, ,测距的激光束非常细测距的激光束非常细, ,可以精确测量墙角、屋可以精确测量墙角、屋檐等细小的被测物体。檐等细小的被测物体。 索佳索佳set30rset30r系列系列, ,拓普康拓普康gpt-8200a,gpt-7000igpt-8200a,gpt-7000i系列系列,trimble5600,trimble5600、36003600、33003300系列以及徕卡系列以及徕卡tcraptcrtcraptcr系列全站仪都具有免棱镜测量功能系列全站仪都具有免棱镜测量功能, ,且售且售价越来越便宜价越来越便宜, ,可供测量人员自由选择。可供测量人员自由

7、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：能不能用： 免棱镜测距的标称精度为免棱镜测距的标称精度为(3 mm+2(3 mm+210-6#d)10-6#d) , ,即每公即每公里测距误差里测距误差5 mm,5 mm,这是采用目标板这是采用目标板(no.710333)(no.710333)在测距在测距30 m30 m时通过实验获得的精度。时通过实验获得的精度。 但在不同大气条件和测量环境下但在不同大气条件和测量环境下, ,测量结果会受到各种测量结果会受到各种因素的影响因素的影响, ,实际测量精度往往达不到仪器的标称精度。实际测量精度往往达不到仪器的标称精度。文献文献22实验表明实验

8、表明, ,不管距离远近不管距离远近,ir,ir和和rlrl模式下水平角观模式下水平角观测值和天顶距观测值基本一致测值和天顶距观测值基本一致, ,即即免棱镜测量模式对测免棱镜测量模式对测角精度无显著影响角精度无显著影响, ,经多次观测计算得到水平方向和天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顶距的均方差最大值为3d3d。 在免棱镜模式下在免棱镜模式下, ,对玻璃幕墙、光滑墙壁、平静水面、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、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褐色雨伞、草丛、阔叶树叶等常见

9、的反射面进行多次观测观测, ,每个点测量每个点测量4040余次余次, ,所得观测值均方差最大值为所得观测值均方差最大值为27.10 mm227.10 mm2。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下面分析距离和角度共同对高差的影响: : h=d#tanah=d#tana. 式中式中:h :h为高差为高差,d,d为平距为平距,a,a为竖直角。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一般测绘横断面的范围为线路中线两侧各100150 m3,100150 m3,取取d=150 md=150 m。由上述实验可取测距中误

10、差。由上述实验可取测距中误差 md=md=27.10 mm,27.10 mm,测角中误差测角中误差m=m=33。(1)(1)式中它量不变时高差式中它量不变时高差h h的中误差的中误差随竖直角随竖直角a a的增大而增大的增大而增大, ,且实际勘测中竖直角一般不会超且实际勘测中竖直角一般不会超过过6060, ,所以取所以取a=60a=60进行计算。则高差的中误差进行计算。则高差的中误差mhmh为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按三倍的中误差作为测量误差的极限值, ,即即高差的极限误差高差的极限误差(3)(3)距离的极限误差距离的极限误差 (4)(4)新建

11、铁路工程测量规范新建铁路工程测量规范44规定规定, ,横断面检测限差横断面检测限差如表如表1 1所示。所示。全站仪免棱镜测量的基本原理和测量精度分析 表表2 2中中,l ,l为测点至中桩的水平距离为测点至中桩的水平距离,h ,h为测点至中桩的高差。为测点至中桩的高差。 (3)(3)式和式和(4)(4)式计算的极限误差小于表式计算的极限误差小于表1 1、表、表2 2规范规定的检测规范规定的检测限差限差, ,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精度能满足规范的精度要求。在闽清站场改造勘测中, ,利

12、用利用全站仪无棱镜测绘的横断面资料进行施工图设计全站仪无棱镜测绘的横断面资料进行施工图设计, ,在施工中在施工中现场放样也验证了其测量精度比较高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。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、工程概况一、工程概况 闽清站为铁路货运站闽清站为铁路货运站, ,位于直线段上位于直线段上, ,绝大部绝大部分是高路堤地段分是高路堤地段, ,右临闽江。计划在右边增右临闽江。计划在右边增建建1 1股道股道(5 (5道道

13、) )及货运配套设施。在欲测横断及货运配套设施。在欲测横断面方向上面方向上, ,既有边坡为浆砌片石护坡既有边坡为浆砌片石护坡, ,坡度陡坡度陡且高差大且高差大, ,测绘人员难以到达被测点放置棱测绘人员难以到达被测点放置棱镜。每隔镜。每隔510 min510 min就有列车通过就有列车通过, ,对测量干对测量干扰很大。扰很大。 二、二、 横断面实测横断面实测 1. 1. 确定横断面方向确定横断面方向 安置仪器：安置仪器： 全站仪免棱镜测量横断面时仪器应安置在全站仪免棱镜测量横断面时仪器应安置在或在或在横断面方向横断面方向上的某处。上的某处。 确定横断面：确定横断面： 无论是直线地段还是曲线地段无

14、论是直线地段还是曲线地段, ,均可选用偏角法、自由测站均可选用偏角法、自由测站坐标反算等方法确定横断面方向坐标反算等方法确定横断面方向, ,不再赘述。不再赘述。 测点布置：测点布置： 断面测绘密度一般直线地段每隔断面测绘密度一般直线地段每隔50 m50 m、曲线地段每隔、曲线地段每隔20 m20 m测一处测一处, ,零点断面、线路纵横地形明显变化、曲线控制桩等零点断面、线路纵横地形明显变化、曲线控制桩等应加测应加测, ,桥隧等重点工程地段及不良地质地段应适当加密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具体操作应按勘测规范要求, ,结合工程现场实际情况确定。结合工

15、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 .2 .横断面测量横断面测量 确定横断面确定横断面 设置全站仪于中桩设置全站仪于中桩a a点点, ,如图如图1 1所示所示, ,后视后视另一线路另一线路中线点归零中线点归零, ,转动照准部转动照准部, ,水平度盘读数为水平度盘读数为9090或或270270即为即为a a处横断面方向。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：实际测量： 为避免列车干扰为避免列车干扰, ,沿横断面方向在路肩上打木桩钉小钉沿横断面方向在路肩上打木桩钉小钉(b(b点点) )。 在在b b点安置仪器点安置仪器, ,量取仪高量取仪高i i 按测量所需

16、按测量所需设置设置用户模板、用户模板、棱镜常数棱镜常数等等 瞄准瞄准a a点点, ,通过全站仪键盘上按键选择标准测量模式和免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、记录数据。棱镜模式开始测量、记录数据。 倒镜依次测量地形变化较大的地形点倒镜依次测量地形变化较大的地形点1 1、2 2、3 3等处即完成等处即完成 一个断面测量。一个断面测量。 表表3 3为现场实测的一组数据。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. 3. 横断面绘制横断面绘制 若手工绘制横断面若手工绘制横断面, ,可在可在autocadautocad中从中从b

17、b点点( (置仪点置仪点) )开始利用开始利用相对坐标命令相对坐标命令(x , y)(x , y)按实际测量数据依按实际测量数据依次绘制次绘制a a、1 1、2 2、3 3、4 4点点, ,连接连接a a、b b、1 1、2 2、3 3、4 4点即为横断面图点即为横断面图, ,再用再用scalescale命令缩放至命令缩放至1:2001:200或要或要求的横断面图比例尺求的横断面图比例尺, ,如图如图2 2。 也可采用计算机与全站仪连接也可采用计算机与全站仪连接, ,利用软件自动成图利用软件自动成图 这种方法测绘横断面只需一人即可完成测量、记这种方法测绘横断面只需一人即可完成测量、记录录, ,

18、快捷高效快捷高效。在该工程中。在该工程中, ,测量断面陡而且高差大测量断面陡而且高差大, ,还不时受列车干扰还不时受列车干扰, ,但只用半天时间就可测但只用半天时间就可测3333个断个断面。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) 1)棱镜常数：棱镜常数： 徕卡圆棱镜的徕卡圆棱镜的棱镜常数是棱镜常数是34.4 mm34.4 mm , leicatps , leicatps 全站仪系统内全站仪系统内部将圆棱镜常数设为部将圆棱镜常数设为0( 0(默认值默认值), ),在测距时系统自动对测量在测距时系统自动对测量结果进行修正。因此结果进行修正。因此, ,在在免棱镜模

19、式下免棱镜模式下, ,棱镜常数应设为棱镜常数应设为+34.4 mm,+34.4 mm,这样全站仪屏幕显示的距离值就为实际距离值。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、不同的棱镜采用不同的仪器、不同的棱镜, ,应按说明书提供的技术参数应按说明书提供的技术参数在全站仪上进行正确设置。在全站仪上进行正确设置。 2) 2)免棱镜的测量精度与大气条件、所测距离、反射角及反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。所测距离增长射物体的稳定性有关。所测距离增长, ,测量精度随之下降。测量精度随之下降。不要在大雾、大雪、大雨和水蒸汽多不要在大雾、大雪、大雨和水蒸汽

20、多( (热浪热浪) )时测量时测量, ,这时部这时部分激光会被雪花或雨滴反射、散射分激光会被雪花或雨滴反射、散射, ,极大降低测量精度极大降低测量精度, ,甚甚至触发至触发edmedm记录数据记录数据, ,得到不可靠的结果得到不可靠的结果。利用全站仪免棱镜测量应注意的问题利用全站仪免棱镜测量应注意的问题 3) 3)测量时视线上不能有其他物体经过。测量时视线上不能有其他物体经过。这是因为发射出去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edmedm记录数据。这时全站仪屏幕所显示的数据不是应测记录数据。这时全站仪屏幕所显示的

21、数据不是应测点的真实数据点的真实数据, ,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。据量。如果发生这种情况应重新测量。 4) 4)采用采用distdist标准测距模式标准测距模式, ,而不用而不用rtkrtk或或rtrkrtrk测距模式测距模式, ,以以获得较高的测距精度。获得较高的测距精度。 5) 5)在野外测量在野外测量, ,仪器难免汽车运送颠簸仪器难免汽车运送颠簸, ,建议每测一段时间建议每测一段时间, ,按说明书按说明书检查、校正激光束的方向。检查、校正激光束的方向。 6) 6)安全问题：安全问题：从望远镜里看不到红色激光束从望远镜里看不到红色激光束, ,而在望远镜的而在望远镜的上方或侧面可以看到红色激光束。上方或侧面可以看到红色激光束。leicaleica全站仪一般采用全站仪一般采用class2pclass2