一种全站仪在夜间测量的棱镜搜索方法

方雪昭　王兵　魏吉奥　刘浩然

摘 要：全站仪由于使用方法简单，测量结果比较全面、准确，被广泛应用于日常工程测绘过程。但是由于工作环境的影响，全站仪在使用过程中需要适应多种不同的实际工作条件，使用不同的测绘方式进行实际测量工作。本文在总结全站仪已有测量方式的基础上，通过总结实际西部油田作业区应急测量经验，针对全站仪夜间测量的不利条件，提供了一种全站仪夜间测量的棱镜搜索方法。该方法可以应用于全站仪的夜间测绘工作，扩展了全站仪的工作区间。

关键词：全站仪 夜间测量 棱镜搜索 测绘方法

中图分类号：TD175 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（b）-0119-02

全站仪又被称为全站性电子测距仪，是一种集水平角、垂直角、距离（斜距、平距、高差）测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种功能于一体的测绘仪器系统。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。在实际的应用过程中，由于外界气象复杂多变，常常需要根据外界条件设置相应参数，否则就会影响全站仪测量精度。全站仪在夜间测量时，由于难以找到棱镜位置，不易测量。陈振宇在《一种可夜间使用的测绘专用塔尺》中介绍了一种有利于夜间测试使用的尺子，但是对夜间待测位置的高程进行测量[1]；鲍俊雄在《一种夜间快速定位全站仪棱镜装置》中对于棱镜设置了警示灯等指示标志，下侧设置了LED显示板，对于夜间全站仪寻找棱镜起到了很大的帮助[2]，但是花费较高，不利于实际应用。因此，寻找一种能够使全站仪在夜间进行测量的简便方法，对于全站仪进行夜间测量工作具有重要意义。

1 夜间测量存在的技术问题

全站仪在白天进行测量时，人眼能够观测到全站仪的大致方向，通过全站仪上方的瞄准星能够将全站仪目镜调整到与目标位置棱镜大致共同的方向，再通过调整目镜上下左右的方向，使得棱镜中心的十字架能够被目镜观测到，从而进行准确测量。但是在夜间进行测量时，棱镜不能被人眼捕捉，同时通过全站仪找不到棱镜位置，因此不能用全站仪进行夜间测量。如何通过人眼寻找棱镜位置，利用全站仪寻找棱镜中心的十字架并进行测量，成为夜间测量中的主要技术问题。

2 全站仪夜间测绘原理

全站仪的测绘主要是利用类似于望远镜的装置，实现了视准轴、测距光波的发射、接收光轴同轴化。即在望远物镜与调焦透镜间设置分光棱镜系统，通过该系统实现望远镜的多功能，既可瞄准目标，使之成像于十字丝分划板，进又可进行角度测量。同时其测距部分的外光路系统又能使测距部分的光敏二极管发射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后，经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收；为测距需要在仪器内部另设一内光路系统，通过分光棱镜系统中的光导纤维将由光敏二极管发射的调制红外光传也送给光电二极管接收，进而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播時间，计算实测距离；全站仪特有自动补偿系统，可对度盘读数中造成的测角误差自动加以改正，使得全站仪的测量结果更加准确。全站仪在夜间进行测量时，由于不能通过目镜找到棱镜，因此光敏二极管发射的红外光线不能确定棱镜位置，光路信息不能返回，被光电系统接收装置接收，因此难以对目标点进行测量，不能开展夜间测量工作。只有棱镜的信息能够被全站仪捕获，光敏元件发射的光电信号才能够通过棱镜进行反射，被全站仪中被捕捉，通过分析相位、计算传播时间，才能得到需要的角度、距离和坐标等信息。

3 夜间棱镜搜索方法

本研究通过总结以往测量经验，发现只要能通过全站仪找到棱镜十字架的中心，全站仪发射的信号能够被棱镜反射回来，全站仪就能够进行精准测量。因此我们设计了如图1所示的简易装置。

该装置将棱镜用LED灯圈包围，在夜间进行紧急测量任务时，可以通过供电设施，让灯圈自动发光，将棱镜清楚的显示出来。先由人确定全站仪测量的大致反向，再由全站仪找到棱镜的中心，然后即可按照测量需要进行不同的测量工作。

将棱镜外侧的LED圈带布设成为圆形的灯带，主要考虑两个方面的内容：一是在同等材料的情况下，圆形能够布设更大的表面积，光源更加醒目，能够使全站仪更快的找到棱镜的中心位置进行测量；二是在同等面积情况下能够更加节省原料，更加经济；三是棱镜为圆形，圆形LED灯圈能够与棱镜更好的结合，不会因连接处孔隙过大影响测量结果。

通过大量的重复试验，我们发现全站仪在夜间进行测量时，对棱镜进行灯光处理后，全站仪测量所得到的结果和白天所得到的结果一致。因此全站仪在进行夜间测量时，可以通过在棱镜外侧布设LED灯圈，将棱镜进行光照处理，此时全站仪能够更方便的观察到棱镜。由此可得在冷静外侧布设LED灯圈，能够适用于全站仪的夜间测量。

4 全站仪操作注意事项

全站仪属于精密测量仪器，在使用过程中有很多需要注意的事项：（1）在测量之前检查仪器箱是否完整，检查仪器是否一切正常；（2）装卸仪器时，必须紧握提手和底座，不可握住显示单元和镜筒，以免影响内部固定部件；（3）测量结束时应当用干抹布擦拭浮尘，装箱时各部件应当放置稳妥，合盖无阻碍；（4）由于金属易产生震动，全站仪应当尽可能的架设在木质三脚架上，减少震动对仪器的影响，提高测量精度；（5）当测站相距较远时，一个站点测完需要搬站到另一点时，需要将全站仪整机装箱，到另一点时进行重新安装，不能将全站仪直接进行搬运；（6）应当考虑针对不同的棱镜设置不同的LED灯圈，针对不同的工作条件配备不同的供电系统；（7）应当考虑不同环境情况下供设备对LED灯圈的供电效果影响。

参考文献

[1] 沈立祥，陈振宇，梁昱，等.一种可夜间使用的测绘专用塔尺：CN201520504893[P].20151118.

[2] 鲍俊雄，刘茂林.一种夜间快速定位全站仪棱镜装置CN206656731U[P].2017-11-21.