刘桥波
南昌铁路勘测设计院有限责任公司 江西省南昌市 330000
摘要：全站仪免棱镜测量相对于传统有棱镜测量模式，有许多优点，能很好的解决铁路工程测量中出现的难题，对免棱镜测量在铁路工程测量中的应用进行总结，并提出全站仪免棱镜测量在实际工作存在的不足之处。
关键词：免棱镜测量；铁路工程测量
1 引言
随着中国经济的飞速发展，中国铁路建设步伐日益加快，铁路运营里程逐年增加，且随着地方城市发展以及交通运输需要，近年来各级公路的规划与建设也日益增多。因此，公路与铁路交叉的穿跨越项目逐渐增多。针对这类项目，传统的勘测手段需要临近既有线甚至上线作业，然而目前铁路运行速度高、运输繁忙，作业天窗时间非常短，上线作业申请也非常困难，这给铁路工程测量工作带来极大难度，使用全站仪免棱镜测量方式，能够很好的解决这个问题，在满足精度的条件下，极大的提高了作业效率，并且勘测工作不会影响铁路正常运行，这种作业模式能够为设计提供合格的测量资料同时也获得了铁路部门的认可和赞赏。
2 全站仪免棱镜测量原理
全站仪免棱镜测量又叫无合作目标测量，是不需要反射棱镜而依靠被测物的自然表面反射光线来进行的无接触测量。测量步骤和方法和有棱镜测量大致相同，都是在控制点上设站，定向点上定向才开始测量，只是在测量目标点位上不需要安置棱镜，直接由仪器发射信号至目标点根据反射回仪器的信号计算处理，获得目标点的距离和角度，从而推求目标点的坐标和高程。
根据测距方法不同，免棱镜测量主要分为三种：相位式、脉冲式、相位脉冲式。脉冲法测量是通过对被测物体发射光束并接收该光束的反射波，记录发射和接收信号之间的时间间隔，从而计算仪器到被测目标的距离，最终根据多次测量测得的平均距离作为测量的最或然值。相位法测量是利用测量的连续信号，以不同的测量频率来调制载波的信号从而测出反射信号和接收信号之间的相位差，从而求得仪器到被测目标的距离。脉冲法测量测距较远但精度较低，相位法测量精度高但测程较脉冲法近，目前多采用脉冲相位式，在脉冲信号之间进行相位差处理，从而能够在测程较远时也能得到高精度测量数据。
3 全站仪免棱镜测量在铁路工程测量中的应用
铁路工程测量是为铁路工程的勘察、设计、施工和运营管理等而进行的测量工作，根据近几年全站仪免棱镜测量在铁路工程测量勘察设计中的工作实践，我们进行系统的归纳，总结了一定的经验和规律。在大部分的测量工作中，免棱镜测量能够极大的提高工作效率，减少测绘工作人员的劳动强度，在一定程度上降低了外业工作的风险，而且获得的测量数据真实可靠，测量精度能够满足设计要求。
3.1 线路平面位置及轨面高程测量的应用
在道路穿跨越铁路的项目中，根据铁路设计规范要求，勘测设计需要获得穿跨越铁路的线路平面位置及轨面高程，由于穿跨越铁路项目涉及铁路通信、信号、电力、电气化等相关配套工程的迁改，往往需要获得拟穿跨越位置左右侧各150米范围内的铁路平面位置及轨面高程。
传统的测量作业模式要分为两步进行：轨面高程测量采用水准测量，测量员需将水准尺放在相应里程位置轨面测得轨面高程；线路平面位置采用RTK或者全站仪有棱镜模式进行测量，需要测量员到达线路中线位置进行采集。
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图1 规划道路穿跨越沪昆铁路线形及轨面高程测量示意图
全站仪免棱镜测量的方法可以一步到位，在测量线路平面位置的同时获得相应位置的轨面高程。仪器安置在已知点上，已知点可以设置在铁路区域外通视条件较好的位置，通过定向点定向，然后按照20米左右间距测量左轨（曲线为内轨）中心位置，这样就同时获得线路平面位置及轨面高程。相较于传统测量方式，外业操作更加方便，同时外业工作不需要人员上线作业，既不影响铁路运营，也在一定程度上提高了作业的安全性。如图1所示内业通过展点可以很直观的展现不同里程位置的线路位置及轨面高程，在没有测点的轨面可以通过内插获得轨面高程，设计人员能更加方便利用测量资料进行设计。
3.2 铁路桥梁净空高测量的应用
在道路下穿铁路桥的项目中，往往需要获得铁路桥梁梁底净空高，以判定道路设计标高是否满足规范要求，我们也经常碰到下穿的铁路桥为连续梁，梁底成拱形靠近桥墩位置桥梁净空越来越低，这种变化的梁底需要测量连续的净空高度来判别是否满足规范要求。
传统的作业方法是采用悬高测量，通过架设全站仪测量梁底至地面投影点的高度差，进而推算梁底各个位置的净空高，这种方法存在一些问题，对于拱形梁需要设计人员在现场进行指定梁底位置继而测得所需要位置的净空高，此外，外业过程中需要判定地面投影点的大致位置，如果地面投影点无法安置棱镜，就无法测量该位置的净空高。
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图2 道路下穿沪昆高铁梁底高程测量示意图
全站仪免棱镜测量铁路桥梁净空高的方法相对传统测量方法要方便得多，可以直接照准所需梁底位置测得梁底的高程，而且不需要进行内业计算。如图2所示将所测的点展示在图中，可以直观的看出拱形梁的各位置梁底高程。设计人员可以根据道路设计标高计算净空高，在外业过程中，有些梁底位置可能没有测出，或者测量的密度较低，可以通过高程内插方式获得所需位置的梁底高程。采用全站仪免棱镜测量方法，可以比较准确的测定所需位置的梁底高，外业测量工作相对比较简单同时也省去了内业计算梁底高程的工作，在实际工作中获得比较广泛的应用。
3.3 地形测量中的应用
地形测量是铁路工程测量中的常见工作，在涉铁项目或者新建铁路线的工程中都需要进行地形测量的工作，从而确定设计范围内的地形地貌情况，在地形测量中，经常会碰到跑尺员难以到达的特征点位，比如铁路工程测量中需要测量桥墩的轮廓，有些桥墩在水中，如果采用有棱镜测量将非常麻烦。使用全站仪免棱镜测量不需要安置棱镜，直接可以测定桥墩轮廓位置，可以省去跑棱镜的时间，节省了大量的人力和物力，而且避免人员前往危险地带。实践证明免棱镜测量在精度允许的条件下，只要通视条件好，可以极大的提高作业效率，加快外业进度，从而有效地降低生产成本。
4 结束语
通过介绍全站仪免棱镜测量在铁路工程测量中的应用，可以看出它极大的弥补了传统作业模式中的不足，在精度满足要求的前提下，能够节省劳动力及外业作业时间，极大的提高测量外业工作效率，同时它的这种无接触测量模式能够避免人员前往危险地带进行测点，有效的提高了外业人员的作业安全。尽管免棱镜测量有许多的优势，但是在实际的工作我们还是发现存在一些不足之处：一、免棱镜测量对介质反射率的要求比较高，在反射介质较暗、吸光性强、反射条件不好的地方往往不能采集数据；二、免棱镜测量要求通视条件更高，仪器和目标点之间有微小的障碍物时，往往测的是中间障碍物的坐标和高程，所以实际工作中需要多次测量并根据经验判断测量数据的准确性；三、对于距离较远的地物，由于大气折光等影响测得的目标点精度不高，尤其高程精度与三角高程精度类似，距离越远，精度越差；四、免棱镜测量在对轨面测量时，如果仪器与轨面目标点角度过小，容易发生偏离，导致无法采集数据，这时需要调整测站位置，使角度比较正，才能完成测量工作。
参考文献：
[1] 饶明华. 全站仪免棱镜测量在测绘中的应用[J]. 科技经济市场, 2012(02):7-9.
[2] 李超. 全站仪免棱镜测距技术在煤矿测绘中的应用[J]. 山西科技, 2017(06):135-139.