井下全站儀導(dǎo)線測(cè)量誤差分析

柳生陽(yáng)

（甘肅煤田地質(zhì)研究所，甘肅 蘭州 730030）

隨著科學(xué)技術(shù)及測(cè)繪工程的不斷發(fā)展，測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用更加先進(jìn)、智能，現(xiàn)代化測(cè)量設(shè)備能在保證工程測(cè)量效率的同時(shí)，提升測(cè)量精度。全站儀是現(xiàn)代測(cè)繪工程中一種較為常見(jiàn)的測(cè)量設(shè)備，其集光、機(jī)、電為一體，能夠?qū)崿F(xiàn)水平角、垂直角、平斜距離、高差等要素的有效測(cè)量。在小區(qū)域測(cè)量中，全站儀通過(guò)導(dǎo)線測(cè)量法構(gòu)建平面控制網(wǎng)，然而受諸多因素作用，全站儀導(dǎo)線測(cè)量容易出現(xiàn)誤差，這對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性造成嚴(yán)重影響。新時(shí)期，提升導(dǎo)線測(cè)量的精確度已經(jīng)成為全站儀測(cè)量應(yīng)用的要點(diǎn)所在。

1 全站儀導(dǎo)線測(cè)量出現(xiàn)誤差的原因

1.1 儀器誤差

因全站儀出現(xiàn)問(wèn)題而造成的誤差分為兩種，一種是因?yàn)閾p壞而造成的誤差，另一種是因?yàn)閮x器內(nèi)部問(wèn)題而導(dǎo)致的誤差。首先，在進(jìn)行全站儀導(dǎo)線測(cè)量時(shí)由于對(duì)設(shè)備的保護(hù)不足或者操作過(guò)程中出現(xiàn)失誤等情況，會(huì)造成全站儀器的損壞，從而導(dǎo)致最后的測(cè)試結(jié)果失準(zhǔn)。有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致全站儀無(wú)法啟動(dòng)或者無(wú)法讀數(shù)等情況，導(dǎo)致其無(wú)法準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果[1]。全站儀內(nèi)部問(wèn)題包括橫軸、豎軸以及視準(zhǔn)軸出現(xiàn)的誤差。全站儀器內(nèi)部存在的問(wèn)題通常很難發(fā)現(xiàn)，所以這種情況一般來(lái)說(shuō)對(duì)于測(cè)量結(jié)果造成的影響非常大。

1.2 瞄準(zhǔn)誤差

所謂瞄準(zhǔn)誤差就是指在利用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量時(shí)目標(biāo)比實(shí)際的位置高，從而出現(xiàn)傾斜的情況，這種情況便會(huì)導(dǎo)致最終誤差的出現(xiàn)。而測(cè)距誤差則是因?yàn)檎諟?zhǔn)棱鏡過(guò)程出現(xiàn)的誤差，這種誤差通常還包括儀器和周期誤差等等。所謂儀器誤差是指進(jìn)行中整平過(guò)程所產(chǎn)生的誤差，或者儀器本身在常熟和測(cè)相方面存在誤差。比例誤差則是因?yàn)楣馑俨环€(wěn)或頻率波動(dòng)延遲等情況造成的，之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況一部分原因是空氣中的光源或者粉塵折射而引起的。

1.3 環(huán)境誤差

在使用全站儀進(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，有時(shí)會(huì)受到溫度、濕度以及風(fēng)速等情況的影響，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果出現(xiàn)誤差。但是因?yàn)榫碌目諝饬鲃?dòng)性較低且環(huán)境相對(duì)來(lái)說(shuō)較為穩(wěn)定，因此環(huán)境所造成的誤差基本可以忽略。

2 全站儀導(dǎo)線測(cè)量誤差控制策略

2.1 做好測(cè)量準(zhǔn)備

要提升全站儀導(dǎo)線測(cè)量的精準(zhǔn)度，就應(yīng)系統(tǒng)全面的做好測(cè)量準(zhǔn)備工作。首先，進(jìn)行測(cè)量設(shè)備的嚴(yán)格檢測(cè)，同時(shí)，儀器使用一段時(shí)間后要定期送具備相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)校正，避免因設(shè)備自身問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)量誤差。其次，一旦外業(yè)測(cè)量地點(diǎn)較遠(yuǎn)，測(cè)量設(shè)備在運(yùn)輸過(guò)程中存在顛簸現(xiàn)象，則應(yīng)將設(shè)備靜置30min；確保儀器溫度與外界環(huán)境溫度趨于相似后開(kāi)始觀測(cè)。同時(shí)，全站儀需要和配套棱鏡一起使用，再測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)行棱鏡常數(shù)的校正處理，國(guó)產(chǎn)棱鏡常數(shù)為-30。最后，規(guī)范化的選擇觀測(cè)點(diǎn)，確保全站儀具有良好的視野范圍，為觀測(cè)實(shí)踐奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

全站儀導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)把控：其一，在設(shè)備使用前，先對(duì)垂球的對(duì)中精度進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保中精度誤差保持在3mm 以內(nèi)，同時(shí)光學(xué)對(duì)中和激光對(duì)中精度控制在1mm 以內(nèi)。其二，設(shè)備整平處理時(shí)，準(zhǔn)管氣泡偏差不允許超過(guò)一格。其三，在觀測(cè)目標(biāo)瞄準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)通過(guò)十字絲分劃板照準(zhǔn)棱鏡中心點(diǎn)，同時(shí)確保觀測(cè)物象清晰。需注意的是，清晨、中午和傍晚，大氣溫度和氣壓密度不均一，觀測(cè)結(jié)果誤差較大，故而不適合觀測(cè)。其四，為有效的照準(zhǔn)目標(biāo)，需合理的旋轉(zhuǎn)儀器照準(zhǔn)部位，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中應(yīng)用力均勻，且緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，水平及豎直制動(dòng)螺旋宜輕微擰緊。其五，光線折射會(huì)降低觀測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度，因此應(yīng)確保觀測(cè)視線高出障礙物1.3m，避免觀測(cè)光線遇鏡面、玻璃幕墻等構(gòu)筑物發(fā)生折射[2]。同時(shí)，對(duì)于觀測(cè)的結(jié)果應(yīng)及時(shí)的進(jìn)行計(jì)算處理，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重超限的數(shù)據(jù)，應(yīng)利用設(shè)備進(jìn)行重新測(cè)量。

2.3 優(yōu)化測(cè)量環(huán)境

要進(jìn)一步減弱環(huán)境對(duì)全站儀觀測(cè)的影響，應(yīng)注重以下要點(diǎn)把控：其一，觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離松軟土質(zhì)地面和特別堅(jiān)硬的石塊周?chē)苊鈱⑷緝x架設(shè)在類(lèi)似區(qū)域。同時(shí)，對(duì)于儀器和棱鏡等設(shè)備，應(yīng)有專人進(jìn)行看守監(jiān)測(cè)，防止因外界環(huán)境干擾影響儀器的穩(wěn)定性。其二，外業(yè)觀測(cè)是應(yīng)注重觀測(cè)設(shè)備的有效保護(hù)，通過(guò)遮陽(yáng)散防止設(shè)備暴曬或雨淋。其三，在觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置中，一旦點(diǎn)位區(qū)域?yàn)閮鐾粱驖裣菪渣S土，則應(yīng)合理的進(jìn)行全站儀腳架固定防護(hù)，避免全站儀腳架出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。

3 提高礦山井下全站儀導(dǎo)線測(cè)量精度的方法

3.1 使用盤(pán)左盤(pán)右的方法進(jìn)行一測(cè)回

根據(jù)上述分析發(fā)現(xiàn),盤(pán)左盤(pán)右兩個(gè)位置的符號(hào)相反、大小相等主要是由橫軸誤差和視準(zhǔn)軸誤差造成的。因此,要抵消或減弱這兩項(xiàng)誤差,就要用盤(pán)左盤(pán)右來(lái)對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè),并取兩次觀測(cè)的平均值。在進(jìn)行觀測(cè)時(shí),為了減少和消除豎軸誤差,必須保持照準(zhǔn)部的水準(zhǔn)器中具有居中的氣泡。這樣也可以使豎盤(pán)指標(biāo)差的影響被有效的消除,使井下全站儀導(dǎo)線測(cè)量精度得到有效的提高。

3.2 導(dǎo)線測(cè)量時(shí)采用全站儀三架法

導(dǎo)線測(cè)量是比較常用的井下平面控制測(cè)量方法。觀測(cè)方向值和限差都會(huì)受到井下對(duì)中誤差的影響。因此,在進(jìn)行測(cè)量導(dǎo)線測(cè)量的過(guò)程中可以使用全站儀三架法,這樣可以有效的提高全站儀導(dǎo)線測(cè)量的精度,提高測(cè)量的速度,縮短了前視點(diǎn)的對(duì)中整平時(shí)間,盡量減少井下對(duì)中誤差。

3.3 垂球重量的加大

井下測(cè)井的精度經(jīng)常受到照準(zhǔn)誤差的影響,這是因?yàn)榇骨蚓哂休^大的擺動(dòng)幅度,鏡站在點(diǎn)下產(chǎn)生對(duì)中,測(cè)量過(guò)程中有較大的氣流。這就可以通過(guò)極大垂球重量的方式使垂球的晃動(dòng)減小,并對(duì)垂球線的根部進(jìn)行瞄準(zhǔn)。

3.4 使用棱鏡激光模式

先要將全站儀進(jìn)行棱鏡激光模式設(shè)置,再將溫度值和井下氣壓輸入,保障反光鏡與常數(shù)改正的匹配。不要讓灰塵和水珠沾到鏡面。可以使用防爆型全站儀來(lái)應(yīng)對(duì)具有瓦斯的井下坑道。使用往返測(cè)量來(lái)測(cè)量斜巷三角高程和平巷邊長(zhǎng)。

3.5 限制誤差的傳遞

可以使用一定的方法來(lái)對(duì)測(cè)角的誤差傳遞進(jìn)行限制。如果井下全站儀導(dǎo)線進(jìn)行短邊巷道測(cè)量或前進(jìn)一段距離后,可以對(duì)短邊陀螺方位角用陀螺全站儀進(jìn)行加測(cè)。

3.6 提高點(diǎn)位橫向精度

在進(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量時(shí),可以先設(shè)置低級(jí)導(dǎo)線,再對(duì)低級(jí)導(dǎo)線進(jìn)行檢查,布設(shè)高級(jí)導(dǎo)線。在布設(shè)導(dǎo)線時(shí),其邊長(zhǎng)要盡量相等,并沿著坑道的中線進(jìn)行布設(shè),設(shè)置閉合形式或雙交叉形式的導(dǎo)線。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于礦山井下工作環(huán)境較為復(fù)雜，如果測(cè)量人員缺乏實(shí)際測(cè)量工作經(jīng)驗(yàn)，很容易在測(cè)量工作中由于疏忽或?qū)y(cè)量規(guī)程把握不好導(dǎo)致測(cè)量精度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。為了全站儀礦山井下測(cè)量的精度和工作效率，測(cè)量人員一定要事先對(duì)礦山的井下環(huán)境進(jìn)行考察，做到心中有數(shù)，并提前設(shè)計(jì)礦山井下測(cè)量的工作流程和注意事項(xiàng)。在測(cè)量工作開(kāi)展中，要時(shí)刻謹(jǐn)記影響礦山井下測(cè)量精度的幾點(diǎn)因素，盡最大的可能避免這些錯(cuò)誤和誤差出現(xiàn)。利用全站儀開(kāi)展礦山井下測(cè)量，已經(jīng)成為我國(guó)礦山井下測(cè)量的主要方式之一，相信隨著礦山井下測(cè)量技術(shù)的提高及設(shè)備制造水平的提升，礦山井下測(cè)量精度將會(huì)進(jìn)一步獲得提高，為我國(guó)礦產(chǎn)開(kāi)采領(lǐng)域的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。