提升全站仪在矿山测绘中测量精度的研究

王红元

（福建省煤电股份有限公司，福建 龙岩 364000）

0 引言

尽管与北方相比，南方的煤矿资源有限，地质条件远不如北方优越，但南方煤矿资源仍然在我国煤矿资源中占有重要地位。南方煤矿由于水文地质条件较为复杂，突发性水淹井等事件发生率较高，导致在实际矿山测绘中测量精度受到影响。全站仪是一种高技术精密测量设备，该仪器将光、电、机集为一体[1]。当前在矿山测绘中应用较广，在矿山测绘中使用该仪器能为开采煤矿提供基础性数据和资料支持。但由于南方煤矿区地质条件和开采条件较北方更艰难，导致全站仪在南方矿山中的应用也一定程度受限，实际测量精度也有明显差异，而全站仪提供的数据不够精准，也会使得矿山工作人员开采作业风险的增加。因此有必要根据南方特殊的地质条件调整和优化全站仪的使用。

1 全站仪在矿山测绘中测量的作用

在矿山测绘中使用全站仪能利用其同轴望远镜和双轴自动补偿设备，扩大测量范围，减少测量次数，能有效降低操作人员的工作强度和减少工作时间。由于全站仪设备自身的测量精准性高于传统测绘仪器，如电子经纬仪、光学经纬仪，因此在当前的矿山测绘中能通过对计算机的使用，自动填绘相关资料数据，在全站仪完成测量作业后，传输的数据可直接到达计算机，后续相关计算均由计算机进行，从而减少人为操作和记录造成数据误差的发生，且在全站仪中配备的通讯接口能及时有效地完成数据传输，使全站仪在测量中的数据和相关参数能通过通讯接口完成及时的数据传输，减少人工应用的次数。除此之外，由于全站仪集测绘、数据传输等功能为一体，在使用全站仪进行矿井测量作业时，仅需一名操作人员进行作业即可，一定程度上提高了操作人员的利用率。

2 影响全站仪在矿山测绘中测量精度的问题

2.1 测绘人员操作问题

当前矿山测绘中使用的全站仪通常功能较多，但是在实际测绘中，技术人员通常使用其中的测角和光电测距功能。且在进行数据记录时，仍以复述和手写等方式为主，而对于测量的数据处理和分析也以人工计算和计算器计算为主，除此之外，技术人员在进行测绘时，不同的技术人员在进行测量角度的选择上也存在一定程度的偏差，进而导致实际测量数据的不同。因为南方矿区地质条件较为复杂，实际操作人员在进行操作时，不同测量角度对实际测量数据的影响也有所不同，因此实际呈现的数据间也存在一定程度的差异[2]。除此之外，由于操作人员在使用全站仪时，对其位置的摆放、角度的调整等方面存在差异，使得实际测量数据也有一定出入。除操作人员在进行操作时的直接因素外，精度还受到操作人员记录数据的影响。例如在实际测量后，操作人员对数据进行记录，在矿区时以手工记录为主，由于不同的操作人员有不同的书写习惯和书写风格，导致记录不规范和字迹潦草等影响数据的辨认。甚至人工计算时会出现计算错误等问题。而此类人为因素影响数据的问题，极大程度上影响实际测量数据的精度。

2.2 外在环境因素影响

不同地质条件下的矿山由于井下环境极为复杂，受粉尘、风流和喷雾等因素影响，井下实际能见度较低，增加了实际测量的难度，进而影响全站仪的测量精度。尤其是当全站仪长期处于矿井内部时，受矿井内环境影响较大，实际测量数据的精准度极其受限。尤其在南方地区，地质灾害频发，矿井内环境较不稳定，尤其井内的风较大，而风流会在测量过程中成为影响测量精准度的重要因素之一。除此之外，反射介质对测量精度的影响也较大，反射介质的表面粗糙程度和颜色深浅程度都会对测量结果造成不同的影响，通常来说，反射介质表面较为粗糙，表面反射能力较弱的情况下，实际测量的结果精准度有限。对于南方的矿井而言，由于地质环境的特殊性，岩溶较多，因此在实际测量时，表面反射能力较弱，导致实际测量存在误差。而由于岩溶较多，使得井下溶洞裂隙水丰富，潮湿的环境对全站仪的测量精度影响较大。

2.3 全站仪自身设备因素

与电子经纬仪、光学经纬仪相比，全站仪拥有更为精准的测量构造，包括同轴望远镜、双轴自动补偿和通讯接口。从全站仪构造来说，同轴望远镜能够使全站仪实现同时测定水平角、垂直角和斜距等要素，但兴一利必兴一弊，由于配备了同轴望远镜，全站仪能实现矿山更多角度的测量，但从另一个角度来说，全站仪在环境等因素的影响下精度的准确度也有被影响的风险。尤其通讯接口的配置，一方面能有效提高数据传输和处理效率，另一方面也意味着在矿山受外在环境影响测量精度的风险更高。除此之外，全站仪由于长时间处于测量的工作状态中，其仪器的寿命和功能也受到影响，而目前关于全站仪的保养维护工作极为有限，也使得全站仪仪器本身的因素影响到实际测量精准度[3]。

3 全站仪在矿山测绘中的操作方法

目前矿山中使用全站仪进行测量作业，主要是进行水平角、距离和导线测量等方面的作业。其中全站仪在进行水平角测量时主要是通过其角度测量功能分别对第一和第二目标点进行读数盘清零后的测量，测量水平角相对简单。全站仪测量距离时，由于受外在影响较大，因此需要先对外在环境进行评估，包括气象情况，是否大风、气温如何，气压值多少等方面。随后根据评估的数据情况调整全站仪测量设置，在进行测量时，常使用精准模式，在全站仪测量距离时，精准度最高的模式是脉冲相位比较式，该方式既能满足远程测距又能有较高的精度。由于南方煤矿区域地质灾害较多，在进行矿山开采后，极易发生开采沉降和山体滑坡等情况，因此在实际测量作业时，需提前对矿区基本情况进行评估，在进行矿山测量作业时，根据矿山的沉降程度和地质破坏程度确定测量的范围和相关参数，有利于减少矿区恶劣环境对测量精度的影响。

4 提升全站仪测量精度的途径

4.1 提升技术人员的操作技能

由于全站仪的功能较为丰富，相关零部件较为脆弱，因此需要对技术人员进行全站仪仪器的全功能详细培训，并就日常使用的功能进行详细讲解和操作考核，确保操作人员熟练有效地掌握操作方法。同时，需就全站仪使用的注意事项进行针对性讲解，尤其是确定全站仪设备连接处接口是否松动，确定测量角度时也应根据井下环境进行调整，使全站仪能处于较为安全的环境进行测量作业[4]。为确保操作的统一流程化，培训操作人员在进行测量作业时，先根据井下环境确定全站仪的放置位置，确认全站仪的测量范围，通讯信号的强弱，对通讯信号较弱的位置进行适当地调整，使全站仪能处于较为合适的位置，且保持通畅的通讯信号以确保数据的正常传输。南方矿区由于受多雨、地质条件差等影响，全站仪在南方矿区使用时受外在因素影响较大，但全站仪设备自身无法根据环境的变化或恶劣的环境，调整设备的测量重点，因此需要技术人员有足够丰富的测量经验，能对测量环境中的各种可能影响精度的因素进行评估，并采取相对应的措施减少其对精度的影响。除此之外，为了降低人为测量导致的数据误差，在确定实际测量数据时，采用多次测量的方法对多次测量的数据求平均后取值。

4.2 严格做好全站仪的校准和保养工作

由于全站仪工作环境较为复杂，天气、能见度、粉尘等对全站仪的影响较大，且由于全站仪仪器自身在生产和精度校准时就存在一定的误差，而在南方矿山测量中受外在环境的影响，尤其是天气、风力和能见度等影响，全站仪的测量误差越来越大。因此全站仪需要根据使用的时间、使用具体地点等适时对全站仪进行校准，使在使用全站仪之前能消除全站仪自身的误差，同时对于在南方煤矿区域使用较为频繁的全站仪，一方面需要做好全站仪使用后的保养工作，另一方面，为避免全站仪长期处于工作状态下，零件等受损影响测量准度，需要多个全站仪交替使用。全站仪应由专人负责保管，对其使用和非使用状态有详细的记录，避免全站仪处于非正常的高频使用状态中，进而影响测量精度。测绘现场使用后应及时将全站仪带回，避免全站仪长时间非工作状态处于矿区环境中。由于测量仪器一旦受潮将极大程度影响测量精度，因此保管人员需保证全站仪在未使用状态下保持干燥状态，且将全站仪放置在固定位置。

4.3 减少环境因素对测量精度的影响

井下测量环境会对测量精度产生不同程度的影响，需要根据不同的环境情景调整全站仪的使用，对于井下风大的情况，需要在进行测量时，配备挡风仪，减少风力对测量的影响；而井下能见度较低时，需适时调整测量范围，通常而言，测量距离越近，测量的准确度越高。尤其在能见度较低的情况下，更需要缩短测量距离。在进行测量作业之前需要使用专业工具对井内环境进行评估，包括风力大小和方向；井内的压力状态；干湿程度和粉尘情况，并根据井内环境的情况作出针对性的预判，根据基本环境情况确定仪器放置位置和测量范围。尤其需要注意放置仪器时要使其偏心距偏小，构成角偏小，尽可能降低环境对测量精度的影响。

4.4 引进新系统辅助测量

由于南方地质条件较差，不同矿区的具体地理环境具有较大差异，而全站仪虽然与传统光学经纬仪和电子经纬仪相比有较高的自动化水平，且受信号影响较小，但是全站仪不可避免地受到气候、矿井内能见度和湿度等影响[5]。因此为了提高全站仪的精度，减少其他因素对其精度的影响，需要引进具有实时动态测量功能的系统，将其自身的GPS 测量功能和数据传输等与全站仪工作全过程相结合，从而使全站仪能在最大程度上适应南方矿山的不同地理环境和多变的天气环境。矿井下测量工作的要点是确定煤巷道方位的定向，并在恰当的时机使用陀螺全站仪，通过测陀螺边的方式，能够较大程度提升导线的精度，为井下测量提供可靠的技术保证和数据支撑。南方地区由于地质条件较差，矿井内的空气湿度较大，因此在进行测量作业时极易受到影响，其中在应对矿井下风力较大、能见度较低时，可以使用防震球，帮助全站仪确定基准点和后续测量作业，从而降低矿井内不良环境对全站仪测量精度的影响。

5 结束语

在矿山测绘中使用全站仪容易受到多种因素的影响，使实际精度受到影响。综上所述，在矿山测绘中，影响全站仪测量精度的原因主要有：操作人员操作和记录的问题；外在环境对全站仪仪器测量的影响；全站仪仪器自身未保养好或其他校准问题。为了提高全站仪在矿山测绘中的测量精度，需要注重操作人员的测量技术培训和规范记录；做好全站仪的保养和校准作业；减少外在环境对全站仪实际操作使用中精度的影响，借助新系统辅助全站仪进行测量作业。从以上几个方面着手，可以有效减少矿区环境和人为因素对全站仪测量精度的影响，更有效地发挥全站仪在矿山测绘中的作用。