全站儀自由設(shè)站在礦山測(cè)量中的分析與應(yīng)用

張志龍

摘要：全站儀自由設(shè)站法是一種靈活快捷的施工測(cè)量方法。本文簡(jiǎn)述了全站儀自由設(shè)站測(cè)量方法在高效采切工程施工測(cè)量中的優(yōu)越性，并對(duì)測(cè)站精度進(jìn)行分析，論證最有利的圖形條件，竟而指導(dǎo)和滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自由設(shè)站 ?井下測(cè)量 ?精度分析

前言 自全站儀誕生以來(lái)，它以其方便快捷的優(yōu)勢(shì)在測(cè)繪行業(yè)引起了一場(chǎng)自動(dòng)化的革命，全站儀得到了迅速普及。全站儀以其快速三維坐標(biāo)測(cè)量和定位功能，以及外業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、自動(dòng)記錄自動(dòng)采集等特點(diǎn)，深得人們的青睞。隨其附帶軟件功能的日益強(qiáng)大，全站儀自由設(shè)站功能使其擁有了更高效率和相對(duì)更高精度的優(yōu)越性，特別是在井下分層測(cè)繪中的合理利用，可以解決受作業(yè)環(huán)境和測(cè)量空間的限制。

1、自由設(shè)站的優(yōu)越性

第一：儀器設(shè)站不再是必須架設(shè)在已知點(diǎn)上，而且也不需要進(jìn)行對(duì)中、量測(cè)儀高等繁瑣的步驟，它讓全站儀可以更自由的架設(shè)在工作方便的位置，給測(cè)繪作業(yè)帶來(lái)了極大的便利，同時(shí)可以大幅提高效率。

第二：自由設(shè)站功能可以通過(guò)對(duì)盡可能多的已知后視點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)機(jī)載軟件的平差處理，得到精度可靠的設(shè)站點(diǎn)精度，最終保證了測(cè)量成果的精度。由于全站儀自由設(shè)站功能具有如上的優(yōu)越性，所以在當(dāng)前的公路、鐵路、礦山、橋梁、水利等各行各業(yè)的工程建設(shè)中，得到了廣泛的應(yīng)用。

第三：近年來(lái)隨著測(cè)繪新設(shè)備、新工藝的不斷引近和推廣，一種用于替代一井定向、二井定向、羅盤(pán)式的傳統(tǒng)分層測(cè)量自由設(shè)站+手持激光三維掃描儀。此過(guò)程用全站儀自由設(shè)站法取代傳統(tǒng)的一井、二井定向?qū)⑦\(yùn)輸巷道的控制點(diǎn)快速延伸到分層，在結(jié)合手持激光三維掃描儀快速采集實(shí)體空間三維坐標(biāo)，進(jìn)而完成對(duì)分層的快速建模。具有無(wú)需手動(dòng)記錄計(jì)算、數(shù)據(jù)采集數(shù)度快、建模精度高的特點(diǎn)。大屯錫礦1360中段1-66礦體北盤(pán)和1480中段1-70礦體、1510中段1-1、1540中段1-1礦體等多個(gè)礦體試用成功，特別是在有底部結(jié)構(gòu)“空?qǐng)龇ā钡V體中應(yīng)用具有以“一當(dāng)十的”作用，順應(yīng)了建設(shè)數(shù)字化礦山的特點(diǎn)。

2、自由設(shè)站基本原理

2.1外業(yè)觀測(cè)

在任意未知點(diǎn)（P）架設(shè)儀器，至少瞄準(zhǔn)兩個(gè)已知點(diǎn)（棱鏡后視）A、B，觀測(cè)P點(diǎn)到A、B點(diǎn)的平距及所有觀測(cè)要素（水平角、垂直角、距離、儀高和目標(biāo)高）如圖1所示自由設(shè)站簡(jiǎn)單圖示。

2.2自由設(shè)站法測(cè)站精度分析

根據(jù)觀測(cè)邊長(zhǎng)S、觀測(cè)水平角β、和已知邊長(zhǎng)S0 ，按正弦定理先推出∠B，在推算出αAP，然后按坐標(biāo)正算公式求出測(cè)站P點(diǎn)的坐標(biāo)。即：

由上表分析可知：（1）當(dāng)S>S0時(shí)，P點(diǎn)在以控制點(diǎn)B為垂足AB垂線上時(shí)點(diǎn)位誤差最大。應(yīng)避免這種情況的發(fā)生，即不要選擇S>SO的圖形。（2）當(dāng)S/S0<0.9 β>100時(shí)，點(diǎn)位精度較高。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，觀測(cè)角β越大越好，觀測(cè)邊S所對(duì)應(yīng)的角越小越好。 （3）應(yīng)用邊角后方交會(huì)自由設(shè)站時(shí)必須應(yīng)用獨(dú)立的第三方向作為檢核方向，以檢核測(cè)站的實(shí)際精度。（4）當(dāng)交會(huì)β角 一定時(shí)，即設(shè)站點(diǎn)位于以AB 為弦的圓弧上，設(shè)站點(diǎn)P離A、B 點(diǎn)越遠(yuǎn)，精度越高;隨著交會(huì)角β 的增大，設(shè)站點(diǎn)點(diǎn)位精度也會(huì)相應(yīng)地提高。當(dāng)β > 90°時(shí)，P 點(diǎn)的點(diǎn)位精度就小于±1 cm，能夠滿足一般測(cè)量要求。以上的模擬計(jì)算分析假設(shè)AB 間距為300米井下的實(shí)際的應(yīng)用中此距離會(huì)小于300米，儀器設(shè)站的精度會(huì)有較大幅度提高，能滿足日常應(yīng)用的要求。

2.3全站儀自由設(shè)站實(shí)例驗(yàn)證（符合導(dǎo)線）

實(shí)測(cè)路線分兩段相向施測(cè)符合到同一條邊，一段從1360向上，線路長(zhǎng)820米，由原已知點(diǎn)B8273設(shè)站，后視點(diǎn)B8263;經(jīng)19次設(shè)站測(cè)至BT8903和BT8904;另一段由1480向下線路長(zhǎng)520米，由原已知點(diǎn)F4613設(shè)站，后視點(diǎn)F4583-2，經(jīng)8次設(shè)站測(cè)至BT8903和BT8904;

4.結(jié)束語(yǔ)

1、全站儀自由設(shè)站法， 點(diǎn)位精度可滿足一般工程放樣的要求，為廣大測(cè)量工作者帶來(lái)全新的工作體驗(yàn)，在礦山測(cè)量中具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣應(yīng)用價(jià)值;特別是在替代一井定向上，應(yīng)用效果顯著，可以較大程度上提高工作效率。

2、在全站儀自由設(shè)站中，設(shè)站點(diǎn)的精度不僅和已知點(diǎn)之間的距離、測(cè)距的固定誤差和比例誤差有關(guān)，而且和交會(huì)的圖形條件密切相關(guān)。

3、對(duì)于要求精度高的交會(huì)點(diǎn)，應(yīng)充分考慮已知點(diǎn)對(duì)交會(huì)結(jié)果的影響，以確保交會(huì)點(diǎn)的精度，同時(shí)每次自由設(shè)站都有必要第三方檢核條件，以滿足實(shí)際測(cè)量的需要。

4、當(dāng)采用 S<0.9S0，且交會(huì)角β>100°時(shí)，交會(huì)圖形條件最為有利。

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