全站儀三角高程替代井下水準(zhǔn)高程測量探討

江雪珍

(福州市羅零勘測有限公司,福建福州 350011)

全站儀三角高程替代井下水準(zhǔn)高程測量探討

江雪珍

(福州市羅零勘測有限公司,福建福州 350011)

本文通過對全站儀三角高程測量的施測方法、誤差來源、精度分析,結(jié)合其在礦山生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用,認(rèn)為在井下高程控制測量時,可采用全站儀三角高程測量代替水準(zhǔn)測量。

全站儀 三角高程測量 水準(zhǔn)高程測量 精度分析

1 前言

潘洛鐵礦坑內(nèi)開采二期維簡工程是礦山生產(chǎn)的接替性建設(shè)工程，工程由礦山自行組織設(shè)計施工，總投資額1700多萬元，建設(shè)期3年，被列為福建省的重點(diǎn)工程項(xiàng)目之一。工程施工測量的主要內(nèi)容為70m、40m中段以及130m—32m標(biāo)高的措施盲斜井開拓，其中開拓工程總掘進(jìn)長度共計4717.0米，70m至40m中段貫通導(dǎo)線測量長度為1334.625米，高差30米。其中有兩條200多米、坡度為35°的措施盲斜井，高差較大，且措施盲斜井作為唯一提升石碴的巷道，不易通行，若仍采用傳統(tǒng)的幾何水準(zhǔn)方法進(jìn)行高程測量，難度無疑將大大增加。為了減輕外業(yè)強(qiáng)度，我們采用南方NTS-352全站儀測距三角高程測量的方法進(jìn)行施工高程控制點(diǎn)的測量。由于礦山井下受到各種外界條件的限制和影響，全站儀測距三角高程測量的精度，能否達(dá)到《冶金礦山測量規(guī)范》中所規(guī)定的井下I級水準(zhǔn)測量的精度要求。即如何確保和提高井下導(dǎo)線高程測量的精度，是保證二期維簡工程按計劃開拓施工、保質(zhì)、保量完成的關(guān)鍵。在施工測量中我們對高程誤差來源進(jìn)行了分析、總結(jié)。改進(jìn)了高程測量的方法，提高了工作效率，使高程測量精度符合《冶金礦山測量規(guī)范》規(guī)定的要求，滿足了工程施工的需要。

2 全站儀井下三角高程測量的誤差分析

如圖1設(shè)儀器高度為 i，反光鏡高度為 l，測站點(diǎn)A的儀器中心到待測點(diǎn)B的棱鏡中心的傾斜距離為S，豎直角為α，則AB兩點(diǎn)間的高差為

式(1)中計算高差時應(yīng)注意：當(dāng)測點(diǎn)在頂板上時， i和 l的數(shù)值前應(yīng)冠以負(fù)號。當(dāng)仰角時α符號為正，俯角時為負(fù)。同時式(1)中是假設(shè)以水平面起算的，實(shí)際上，高程的起算面是平均海平面。因此，當(dāng)兩點(diǎn)距離較大(大于300m)時，需加球氣差改正數(shù)：

(說明：球差正，氣差負(fù)，R——地球曲率半徑，取6371km，k-大氣垂直折光系數(shù))。

由于量取儀器高度 i和反光鏡高度為 l的誤差可以認(rèn)為是相等的，即，則計算全站儀測距三角高程路線高差的中誤差公式為：

由式(4)可看出。

(1)測距誤差對高差的影響隨著傾角α的增大而增大。測量邊長時應(yīng)采用不低于Ⅱ級的測距儀施測。

(2)傾角誤差的影響則隨著傾角的增大而變小。當(dāng)傾角較小時，應(yīng)注意提高豎直角的測量精度。

(3)豎直角的觀測誤差 mα對高差測定的影響與距離成正比，大氣折光系數(shù)誤差 mk與距離的平方成正比，是主要誤差。觀測豎直角時采用覘標(biāo)為照準(zhǔn)目標(biāo)，每照準(zhǔn)一次，讀數(shù)兩次，兩次讀數(shù)之差不大于3″。

(4)對于儀器高 i和覘標(biāo)高 l，應(yīng)在觀測前、后各量取一次，并采用量測桿量取至毫米，前、后較差不大于2-3mm時，取其平均值。

(5)限制三角高程路線觀測各邊的邊長、及測站數(shù)。

3 全站儀井下三角高程測量的精度估算

實(shí)測情況標(biāo)明：潘洛鐵礦坑內(nèi)70—40m中段，全站儀測距三角高程導(dǎo)線。該三角高程路線按基本控制導(dǎo)線的精度要求施測，導(dǎo)線總長計S=804.516米，共有18條邊，平均邊長44.695米。采用南方NTS—202型全站儀(2″級)，測距儀的標(biāo)稱精度為±(5mm+5×10-6S)，以一個測回測量距離和垂直角。則有：

(1)全站儀邊長中誤差為：

(2)參照導(dǎo)線測量的主要技術(shù)要求，用2″級經(jīng)緯儀觀測豎直角1測回，一測回測角(豎直角)中誤差取為

(3)采用量測桿，儀高，反光鏡高的測量誤差可以達(dá)到2.5mm以內(nèi)，取

(4)地球曲率半徑R取6371km，在井下，大氣垂直折光系數(shù)k取0.148。

(5)實(shí)測時，導(dǎo)線平均邊長44.695米，豎直角觀測平均值：α=6°01′22″。

將以上各值代入式(4)中，三角高程路線閉合差的估算值為：

據(jù)《冶金礦山測量規(guī)范》中規(guī)定三角高程路線閉合差允許值為：

由此可見，全站儀三角高程測量完全滿足井下施工測量的精度要求。

4 實(shí)驗(yàn)分析

表1為70—40m中段全站儀測距三角高程實(shí)測成果、計算表。Ⅰ點(diǎn)為已知高程點(diǎn)，HⅠ=103.5245米。

由表1可得出實(shí)測全站測距三角高程路線閉合差

同時，我們?yōu)榱藱z查全站儀測距三角高程測量成果的可靠性及其優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行了水準(zhǔn)高程測量，測得水準(zhǔn)高程閉合差為：

表1

圖1

4.1 高程閉合差比較

說明兩種測量方法都能滿足《規(guī)范》的要求。

4.2 觀測工效比較

用兩種方法內(nèi)業(yè)計算基本相差不多。我們只比較它們的外業(yè)工作量。

(1)水準(zhǔn)測量：用工4—5人，架設(shè)儀器64站，工作時間16個小時。

(2)全站儀測距三角高程測量：用工3—4人，架設(shè)儀器18站，工作時間6個小時。

(3)我們使用的是南方NTS-352全站儀，測角精度2″級，可以同時進(jìn)行平面和高程測量，解決了過去多種儀器重復(fù)測量的繁重工作，能一次性完成平面和高程的控制測量工作。

4.3 精度分析

井下水準(zhǔn)測量的精度受水準(zhǔn)儀氣泡居中的誤差、照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上分劃的誤差、讀數(shù)誤差和井下水蒸氣的影響。

井下全站儀測距三角高程測量的精度受測距誤差、垂直角觀測誤差、儀器高和覘標(biāo)高和量測誤差、垂線偏差變化和水蒸氣的影響。高差中誤差與邊長成正比的關(guān)系，對短邊三角高程測量精度較高，邊長愈長精度愈低。由于受地形條件的限制，井下導(dǎo)線邊長不長(本次邊長最長106.092米)；可見全站儀測距三角高程測量適合井下高程測量，特別在坡度較大的巷道能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行井下高程的傳遞。與水準(zhǔn)高程測量法相比較：能節(jié)省大量時間、降低勞動強(qiáng)度、提高工作效率。

5 結(jié)論與對策

傳統(tǒng)的井下鋼尺量距三角高程測量，由于量邊精度的影響，使三角高程的精度很難有顯著的提高。隨著光電測距儀、全站儀在控制測量、工程測量等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，距離測量的精度有了顯著的提高。同時基于三角高程測量傳遞高程簡便靈活，受地形條件限制較少，由于先進(jìn)的精密的全站儀相繼問世，使測距精度有較為顯著的提高，第一采用好的測距標(biāo)稱精度(如±(2mm+2×10-6S)，特別短邊測距精度可在毫米以內(nèi)；第二采取必要的觀測措施(如增加豎直角測回數(shù)、對向觀測豎直角等)，使豎直角的觀測精度得到進(jìn)一步提高；第三采用強(qiáng)制對中桿量測精確地量取儀器高和目標(biāo)高，使儀高，反光鏡高的測量誤差達(dá)到1mm；第四要注意前后距離大致相等，可以減小豎盤指標(biāo)差對高差的影響。第五在井下應(yīng)盡量避免視線過高、過低，克服大氣折光的影響。這樣，在范圍不大、路線不長的地區(qū)或跨越山谷、河流、井下等進(jìn)行水準(zhǔn)測量，應(yīng)用全站儀測距三角高程測量較為有利。即采用全站儀三角高程測量代替水準(zhǔn)測量， 在滿足測量精度要求的前提下，能夠在最短的時間內(nèi)，準(zhǔn)確、及時、快速地完成各項(xiàng)測量(導(dǎo)線測量、水準(zhǔn)測量)工作，盡量減小對生產(chǎn)的影響，減輕測量人員的勞動強(qiáng)度，提高礦山井下測量的工作效率。

[1]李青岳,陳永奇.工程測量學(xué)[M].北京:測繪出版社,1995.

[2l張正祿等.工程測量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.

[3]工程測量規(guī)范GB50026-93.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).北京:中國計劃出版社,1995.

[4]城市測量規(guī)范CJJ8-99.中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[5]《冶金礦山測量規(guī)范》.中華人民共和國冶金工業(yè)部,北京:冶金工業(yè)出版社,1995.

[6]陳社杰.《測量與礦山測量》[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1995年.

[7]賀占堯.《全站儀放樣道路中線的精度探討》[J].測繪通報,2004(12).

This paper introduces about survey method and error sourcr and precision analysis of trigonometric leveling with Total Station,Combine it application in produce practice of mine,Thinks height control survey in well under,Using Substituting Trigonometric Leveling for Leveling in Well under with Total Station

Total Station Trigonometric Leveling Leveling Precision Analysis.

江雪珍(1978-),女,福建閩清人,地質(zhì)測量工程師,主要從事測繪生產(chǎn)工作。