常用土方的测量仪器及方法

进入90年代以来，随着电子技术的迅速发展和计算机技术的广泛应用，测绘技术和测绘仪器都得到了迅速发展，本文试对常见的测量工作即高程测量、角度测量、距离测量、点位测量涉及的测量仪器及新技术作一介绍。高程测量为实现水准仪读数的自动化和数字化，科研人员经过近30年的努力，终于在1990年由瑞士威特（WILD）首先研制出电子数字水准仪。电子水准仪较传统的光学水准仪具有无可比拟的优越性，它是集电子光学、图像处理、计算机技术于一体的当代最先进的水准测量仪器，它具有测量速度、精度高、使用方便、作业劳动强度轻、便于用电子手簿记录、实现内外业一体化等优点。电子水准仪有广阔的应用前景，大体上应用在以下几个方面：一是快速的精密水准测量，其读数快且精度高，较传统的精密水准测量提高30％—50％的工作效率，用于建筑物的变形沉降观测和工业设备的精密安装测量。二是电子数字水准仪与计算机相连接，可以实现实时、自动的连续高程测量，在应用软件的支持下可实现内外业信息的一体化。三是在标准测量、地形测量、线路测量及施工测量等领域有着更为广泛的应用。目前世界上只有少数几个厂家能生产电子数字水准仪，比如瑞士的徕卡公司，生产NA2000电子数字水准仪，精度为±1.5mm／km；日本的拓普康公司生产的电子数字水准仪DL－101C精度为±0.4mm／km。在高程测量的另外一个方面，最显著的发展应数液体静力水准测量系统，这种系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同时获取数十个乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和可持续测量等特点。两容器间的距离可达数十公里，如用于跨河与跨海峡的水准测量，通过一种压力传感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。角度测量角度测量的仪器主要指经纬仪。经纬仪的发展大体可分为三个阶段，即游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪。电子经纬仪虽然在外观上和光学经纬仪相类似，但是它是用微机控制和电子测角系统代替光学的读数系统。和光学经纬仪相比它有其明显的优越性，主要有：电子经纬仪使用电子测角系统，能自动显示测量成果，实现读数的自动化和数字化；采用积木式结构，较为方便地与测距仪和数字记录器组合成全站型电子速测仪，若配以适当的接口，可把野外采集的数据直接输入计算机进行计算和绘图；电子经纬仪的测角精度高，使用方便且人为误差少。目前电子经纬仪主要有瑞士威特厂生产的T2000型，瑞士克恩公司生产的E1和E2型，近年来国内有些厂家也批量生产电子经纬仪，比如南方测绘仪器公司生产的ET－02／05型电子经纬仪等。距离测量在距离测量方面，测绘技术发展也比较快，目前对中长距离（数十米至数公里）短距离（数米至数十米）和微距离（毫米至微米）以及变化量的精密测量的测量精度都很高，以ME5000为代表的精密激光测距仪和双频激光测距仪，中长距离测量精度可达亚毫米级。可喜的是，许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化，其中最典型的代表是铟瓦线尺测距仪、应变仪、石英伸缩仪、各种光学应变计、位移与振动激光快速遥测仪等。采用多普勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内达到0.01μm的计量精度，成为重要的长度检校和精密测量设备；采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度，它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。点位测量点位测量主要指点的三维坐标测量。对点的三维坐标测量测绘仪器有了新的进展，电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，在1秒内完成一目标点的观测，像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测，可广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用，将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人，它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的三维坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。