井下三角高程测量精度优化方法

曾志敏

（大同煤矿集团华盛虎峰煤业有限公司， 山西 河津 043302）

引言

在测量传统方法中，普遍习惯性选择运用水准测量法，相关工作人员选择水准测量法的原因在于其精度高于三角高程测量的精度。因为相关规定准则明确指出，水准测量法应当在平巷中使用，而在其他特殊环境因素的影响下，可以适当选取三角高程测量或水准测量法。由于矿山中大多数地形为水平巷道，大多数测量都选择使用水准测量法，但其施工时间较长，严重影响了测量的效率。

1 高程测量方法及特点

在井下开展高程测量能够有效测定出各种巷道、车场、铜室、矿体等在竖直方向上的位置和相互关系，便于提供各种采掘工程所需的数据。在矿山、矿井测量中，传统方式通常采用水准测量和三角高程测量两种方法，而在工作中受到实际因素的影响很难正确选择出有效测量方法，若方法不准确容易引起测量精度不精确，无法达到生产的需求和工业施工上的标准。

三角高程测量和水准测量为矿井下经常使用的两种测量方法。由于在大多数情况下，三角高程测量的精度低于水准测量的精度，在主要巷道中规定使用水准测量方法。三角高程测量具有灵活性和便捷性，能够与导线测量同时进行，节约大量的时间，并且不会受到地形条件的限制。但是三角高程测量也存在着一些缺点。例如，在测量时需要量取仪器高和棱镜高，测量精度相对较低等。但新的三角高程测量法，经过实际应用后取得了全面、准确的结果[1]。

2 等高四架法

2.1 等高四架法操作方法

等高四架法与普通的三架法观测的操作方法相类似，都是同时使用具有相同基座的四个架腿，不需要移动架腿和基座，仅需要将棱镜和仪器在不同基座之间相互转移，在点对点的测量中安排少数工作人员即可，节省了工作人员对点各个视点工作的时间，有效提高了工作效率。具体操作如图1所示。

图1 等高四架法操作示意图

1）首先将仪器安置在B点上方，将棱镜分别设置在A、C两点上，将A、B、C三点进行对中整理，之后进行观测，同时对点工作人员需要将基座和第四个脚架与D点对中整平。

2）在上述观测结束后，应当将B点的基座取出并安全、迅速地转移到C点位置，安放在C点基座上，后视人员需要将棱镜从A点转移至B点的基座上，负责前视工作的人员应当将棱镜从C点转移到D点基座上面，经过精确平整B、C、D三点之后，可以进行第二站的相关操作。

3）负责传递工作的相关人员应当及时将A点测量出的详细数据汇报给对点相关的工作人员，便于位于E点调整工作的实施。通过反复循环，直至指导线测量工作完毕。

2.2 等高四架法的优势

1）测量速度更快，所需操作时间较短。在观测前能够对基座上安置的仪器直接观测，无需等待对中整平，能够有效缩短测量所需的时间。

2）不需要频繁量取仪器高度，避免在传递过程中造成误差。在测量过程中，不需要测量仪器高度，使用高程的传递不会受到测点站仪器高度测量误差的影响。

3）使用带基座的单棱镜作为前后视棱镜。能够在观测数值角度时得到更高的精度，同时能够有效提升三角高程测量的精度。避免传统使用导线测量受到风力作用，产生误差，影响测量结果精度。

4）不会受到外界因素的影响。所有的测量仪器都处于同一基座上，各个仪器的高度处于同一水平线上，不需要再对仪器高度、测前视高进行测量，同时还能避免测量中的失误造成结果不精确，极大提升了测定的高程精度[2]。

3 全站仪对向观测

测定高差时需要针对往返两次观测高差hAB的平均值作为最终结果。其公式为：

式中：S往、S返分别为往返观测的斜距；α往、α返分别为往返观测的竖直角；i往、i返分别为往返观测时的仪器高；l往、l返分别为往返观测时的棱镜高；R为地球半径，取6 371 km；K往、K返分别为往返观测时的大气折光系数，K往、K返一般不相等，此处取相等；S往cosα往和S返cosα返同为两点间的平距，可认为近似相等，所以有：

所以全站仪对向观测三角高程高差的计算公式：

假设 L往=i往-l往，L返=i返-l返，从而 L 可视为一个新的独立值。根据误差传播定律，可知：

式中：ma往=ma返，ma往=ma返=ma，S往=S返=S，mL往=mL返=mL，α往=α返=α，ρ=206 265。

井下气温及大气压强等气象条件相对稳定，由上面公式可知采用对象观测进行三角观测高程测量可以抵消地球曲率及大气折光的影响，从而提升三角高程的精度，与单向观测相比具有明显的优势，测量数据更精确[3-4]。

4 结语

与传统水准测量相比，三角高程测量的设站次数明显减少，并且不受到外界自然因素及其他因素的干扰限制，在布置整体测量及其设备布置当中速度明显提高。通过将合理的设架方法与三角高程测量进行有效配合使用，能够使其比传统三角高程测量拥有着更为精准的测量结果，并能有效减少测量当中容易发生的错误。通过在井下大型贯通测量的应用分析，相关工作人员将等高四架法与对向观测相结合运用，不仅完全达到了相关测量标准的要求，且彻底打破传统测量思维方式及实际操作的限制，使测量操作更为灵活性、准确性，从而有效缩短了相关工作人员测量时所需要的时间，提升了工作效率。