全站仪三角高程替代井下水准高程测量探讨

江雪珍

(福州市罗零勘测有限公司,福建福州 350011)

全站仪三角高程替代井下水准高程测量探讨

江雪珍

(福州市罗零勘测有限公司,福建福州 350011)

本文通过对全站仪三角高程测量的施测方法、误差来源、精度分析,结合其在矿山生产实践中的应用,认为在井下高程控制测量时,可采用全站仪三角高程测量代替水准测量。

全站仪 三角高程测量 水准高程测量 精度分析

1 前言

潘洛铁矿坑内开采二期维简工程是矿山生产的接替性建设工程，工程由矿山自行组织设计施工，总投资额1700多万元，建设期3年，被列为福建省的重点工程项目之一。工程施工测量的主要内容为70m、40m中段以及130m—32m标高的措施盲斜井开拓，其中开拓工程总掘进长度共计4717.0米，70m至40m中段贯通导线测量长度为1334.625米，高差30米。其中有两条200多米、坡度为35°的措施盲斜井，高差较大，且措施盲斜井作为唯一提升石碴的巷道，不易通行，若仍采用传统的几何水准方法进行高程测量，难度无疑将大大增加。为了减轻外业强度，我们采用南方NTS-352全站仪测距三角高程测量的方法进行施工高程控制点的测量。由于矿山井下受到各种外界条件的限制和影响，全站仪测距三角高程测量的精度，能否达到《冶金矿山测量规范》中所规定的井下I级水准测量的精度要求。即如何确保和提高井下导线高程测量的精度，是保证二期维简工程按计划开拓施工、保质、保量完成的关键。在施工测量中我们对高程误差来源进行了分析、总结。改进了高程测量的方法，提高了工作效率，使高程测量精度符合《冶金矿山测量规范》规定的要求，满足了工程施工的需要。

2 全站仪井下三角高程测量的误差分析

如图1设仪器高度为 i，反光镜高度为 l，测站点A的仪器中心到待测点B的棱镜中心的倾斜距离为S，竖直角为α，则AB两点间的高差为

式(1)中计算高差时应注意：当测点在顶板上时， i和 l的数值前应冠以负号。当仰角时α符号为正，俯角时为负。同时式(1)中是假设以水平面起算的，实际上，高程的起算面是平均海平面。因此，当两点距离较大(大于300m)时，需加球气差改正数：

(说明：球差正，气差负，R——地球曲率半径，取6371km，k-大气垂直折光系数)。

由于量取仪器高度 i和反光镜高度为 l的误差可以认为是相等的，即，则计算全站仪测距三角高程路线高差的中误差公式为：

由式(4)可看出。

(1)测距误差对高差的影响随着倾角α的增大而增大。测量边长时应采用不低于Ⅱ级的测距仪施测。

(2)倾角误差的影响则随着倾角的增大而变小。当倾角较小时，应注意提高竖直角的测量精度。

(3)竖直角的观测误差 mα对高差测定的影响与距离成正比，大气折光系数误差 mk与距离的平方成正比，是主要误差。观测竖直角时采用觇标为照准目标，每照准一次，读数两次，两次读数之差不大于3″。

(4)对于仪器高 i和觇标高 l，应在观测前、后各量取一次，并采用量测杆量取至毫米，前、后较差不大于2-3mm时，取其平均值。

(5)限制三角高程路线观测各边的边长、及测站数。

3 全站仪井下三角高程测量的精度估算

实测情况标明：潘洛铁矿坑内70—40m中段，全站仪测距三角高程导线。该三角高程路线按基本控制导线的精度要求施测，导线总长计S=804.516米，共有18条边，平均边长44.695米。采用南方NTS—202型全站仪(2″级)，测距仪的标称精度为±(5mm+5×10-6S)，以一个测回测量距离和垂直角。则有：

(1)全站仪边长中误差为：

(2)参照导线测量的主要技术要求，用2″级经纬仪观测竖直角1测回，一测回测角(竖直角)中误差取为

(3)采用量测杆，仪高，反光镜高的测量误差可以达到2.5mm以内，取

(4)地球曲率半径R取6371km，在井下，大气垂直折光系数k取0.148。

(5)实测时，导线平均边长44.695米，竖直角观测平均值：α=6°01′22″。

将以上各值代入式(4)中，三角高程路线闭合差的估算值为：

据《冶金矿山测量规范》中规定三角高程路线闭合差允许值为：

由此可见，全站仪三角高程测量完全满足井下施工测量的精度要求。

4 实验分析

表1为70—40m中段全站仪测距三角高程实测成果、计算表。Ⅰ点为已知高程点，HⅠ=103.5245米。

由表1可得出实测全站测距三角高程路线闭合差

同时，我们为了检查全站仪测距三角高程测量成果的可靠性及其优点，进行了水准高程测量，测得水准高程闭合差为：

表1

图1

4.1 高程闭合差比较

说明两种测量方法都能满足《规范》的要求。

4.2 观测工效比较

用两种方法内业计算基本相差不多。我们只比较它们的外业工作量。

(1)水准测量：用工4—5人，架设仪器64站，工作时间16个小时。

(2)全站仪测距三角高程测量：用工3—4人，架设仪器18站，工作时间6个小时。

(3)我们使用的是南方NTS-352全站仪，测角精度2″级，可以同时进行平面和高程测量，解决了过去多种仪器重复测量的繁重工作，能一次性完成平面和高程的控制测量工作。

4.3 精度分析

井下水准测量的精度受水准仪气泡居中的误差、照准水准标尺上分划的误差、读数误差和井下水蒸气的影响。

井下全站仪测距三角高程测量的精度受测距误差、垂直角观测误差、仪器高和觇标高和量测误差、垂线偏差变化和水蒸气的影响。高差中误差与边长成正比的关系，对短边三角高程测量精度较高，边长愈长精度愈低。由于受地形条件的限制，井下导线边长不长(本次边长最长106.092米)；可见全站仪测距三角高程测量适合井下高程测量，特别在坡度较大的巷道能快速、准确地进行井下高程的传递。与水准高程测量法相比较：能节省大量时间、降低劳动强度、提高工作效率。

5 结论与对策

传统的井下钢尺量距三角高程测量，由于量边精度的影响，使三角高程的精度很难有显著的提高。随着光电测距仪、全站仪在控制测量、工程测量等领域的广泛应用，距离测量的精度有了显著的提高。同时基于三角高程测量传递高程简便灵活，受地形条件限制较少，由于先进的精密的全站仪相继问世，使测距精度有较为显著的提高，第一采用好的测距标称精度(如±(2mm+2×10-6S)，特别短边测距精度可在毫米以内；第二采取必要的观测措施(如增加竖直角测回数、对向观测竖直角等)，使竖直角的观测精度得到进一步提高；第三采用强制对中杆量测精确地量取仪器高和目标高，使仪高，反光镜高的测量误差达到1mm；第四要注意前后距离大致相等，可以减小竖盘指标差对高差的影响。第五在井下应尽量避免视线过高、过低，克服大气折光的影响。这样，在范围不大、路线不长的地区或跨越山谷、河流、井下等进行水准测量，应用全站仪测距三角高程测量较为有利。即采用全站仪三角高程测量代替水准测量， 在满足测量精度要求的前提下，能够在最短的时间内，准确、及时、快速地完成各项测量(导线测量、水准测量)工作，尽量减小对生产的影响，减轻测量人员的劳动强度，提高矿山井下测量的工作效率。

[1]李青岳,陈永奇.工程测量学[M].北京:测绘出版社,1995.

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[6]陈社杰.《测量与矿山测量》[M].北京:冶金工业出版社,1995年.

[7]贺占尧.《全站仪放样道路中线的精度探讨》[J].测绘通报,2004(12).

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Total Station Trigonometric Leveling Leveling Precision Analysis.

江雪珍(1978-),女,福建闽清人,地质测量工程师,主要从事测绘生产工作。