智能型全站儀不整平測量技術(shù)應(yīng)用研究

陳浩

（吉利百礦集團(tuán)有限公司六龍煤礦，廣西 百色 553400）

對全站一步整平工作的來講，三維觀測參數(shù)數(shù)值的精確度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析，并且有效驗(yàn)證智能型全站儀設(shè)備，在不整平工作狀態(tài)下測量工作過程中，獲取的斜距觀測參數(shù)數(shù)值精確度會有明顯的提升，全站儀設(shè)備在整平和不整平控制狀態(tài)下進(jìn)行觀測工作，對斜向距離的觀測參數(shù)數(shù)值的精確度影響相對較小。與此同時(shí)，通過對全站儀不整平測量工作過程中，對三維坐標(biāo)計(jì)算工作模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，建立全站儀在不整平工作狀態(tài)下三維坐標(biāo)計(jì)算模型。

1 全站儀不整平自由測站測量工作優(yōu)勢分析

全站儀自由測站測量工作，現(xiàn)階段已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)礦山和建筑工程項(xiàng)目施工領(lǐng)域當(dāng)中，并且發(fā)揮的作用和優(yōu)勢非常明顯。全站以自由測站測量工作技術(shù)，自從國外引進(jìn)之后有效打破了傳統(tǒng)的測量工作模式，在很大程度上提高了測量工作效率。全站儀自由測站測量工作過程中，主要指的是全站儀設(shè)備可以隨意地設(shè)置在某個(gè)特定的區(qū)域，不需要對全站儀設(shè)備進(jìn)行對中，只需要對全站儀設(shè)備進(jìn)行整平處理之后，即可進(jìn)行后續(xù)的測量工作，這種測量工作方法，主要是以每一個(gè)測站建立起一個(gè)相對應(yīng)的全站儀獨(dú)立坐標(biāo)系，不同的觀測站在測量工作過程中，具有不同的測站坐標(biāo)系，因此以全站儀在自由測站工作過程中，可以通過自由架設(shè)儀器設(shè)備保證任意方向上作為坐標(biāo)北方向。通過全站儀自由測站測量工作原理分析可以看出，全站儀設(shè)備在測量工作之前，需要對其進(jìn)行必要的整平處理工作，而現(xiàn)階段隨著我國科技技術(shù)的不斷向前發(fā)展，對于測量工作人員的工作效率要求正在不斷提升，尤其在一些礦山或者建筑工程項(xiàng)目測量工作過程中，要求工作人員的測量效率需要得到全面提高，保證測量工作在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，通過采取全站儀不整平自由測站測量工作方法，可以明顯的提高測量工作人員的工作效率，進(jìn)而可以降低測量工作的成本[1]。

2 全站儀不整平自由測站測量以及數(shù)據(jù)處理工作方法

全站一步整平工作狀態(tài)下，坐標(biāo)系和大地空間坐標(biāo)系之間存在旋轉(zhuǎn)平行轉(zhuǎn)化工的關(guān)系，而全站儀不整平自由測站測量工作，主要是在全站儀在不整平狀態(tài)下，對特定數(shù)量的已知點(diǎn)與未知點(diǎn)為展開三維坐標(biāo)測量工作得到各個(gè)已知點(diǎn)位和未知點(diǎn)位。在不整平站星座標(biāo)系條件下的三維坐標(biāo)信息，同時(shí)對各個(gè)已知點(diǎn)位也需要建立起一套三維坐標(biāo)系。比如，在礦山空間坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系建立工作過程中，要求準(zhǔn)確求出已知點(diǎn)位坐標(biāo)系和三維坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，以此為基礎(chǔ)可以使用三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化工作模型，將其中設(shè)定的位置點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)坐標(biāo)系當(dāng)中來進(jìn)行轉(zhuǎn)化和分析，從而可以有效實(shí)現(xiàn)在測量工作當(dāng)中，無須對全站儀設(shè)備進(jìn)行整平，可以解決各個(gè)未知點(diǎn)在指定坐標(biāo)系當(dāng)中的三維坐標(biāo)。在該項(xiàng)工作的實(shí)施工作當(dāng)中，其中最重要的是三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化模型的選擇，直接影響到三維坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化工作精度[2]。

3 全站儀不整平自由測量儀器三維坐標(biāo)計(jì)算工作方法

全站一步整平自由測站，在測量數(shù)據(jù)處理工作過程中，主要是使用已知若干個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)體系設(shè)立其對應(yīng)的參數(shù)坐標(biāo)，有效計(jì)算出三維坐標(biāo)當(dāng)中轉(zhuǎn)換模型內(nèi)部各個(gè)未知參數(shù)的轉(zhuǎn)化，然后再通過三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化互動模型進(jìn)行后續(xù)的坐標(biāo)處理和轉(zhuǎn)換工作。通過上述計(jì)算的方法，不但可以有效測算出各個(gè)位置點(diǎn)位，在指定坐標(biāo)系當(dāng)中的三維坐標(biāo)體系，同時(shí)還可以用于測算各個(gè)全站儀中心點(diǎn)位置對應(yīng)的三維坐標(biāo)系參數(shù)。在具體實(shí)現(xiàn)工作當(dāng)中，需要保證在全站一步整平自由測站測量工作過程中，將整平儀器中心點(diǎn)位置設(shè)定為三角坐標(biāo)系，事先設(shè)定的原點(diǎn)位置并且將原點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)定為（0，0，0）或者是可以設(shè)置成其他任意的三維坐標(biāo)參數(shù)，以此為基礎(chǔ)有效獲取全站儀不整平測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，測算出全站儀器設(shè)備中心位置的指定坐標(biāo)系所對應(yīng)的三維坐標(biāo)體系。在全站儀設(shè)備整平工作狀態(tài)下，三維坐標(biāo)系和全站儀，在不整平狀態(tài)下的三維坐標(biāo)分別實(shí)施三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化工作，并且有效解算出兩個(gè)坐標(biāo)系中間位置的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作參數(shù)，然后可以有效獲取對應(yīng)的轉(zhuǎn)化參數(shù)以及對應(yīng)的轉(zhuǎn)化工作模型，將原本設(shè)置的儀器中心點(diǎn)位置，通過三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化處理工作之后轉(zhuǎn)移到整平狀態(tài)坐標(biāo)系當(dāng)中來進(jìn)行進(jìn)一步處理，通過這一方式可以有效獲取不整平狀態(tài)下全站儀器設(shè)備的三維坐標(biāo)系，同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)的有效轉(zhuǎn)化，有效計(jì)算的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)[3]。

通過參數(shù)數(shù)據(jù)分析可以看出，在小傾斜角度狀態(tài)下，通過使用上述兩種計(jì)算工作方法，有效計(jì)算出儀器設(shè)備中心點(diǎn)位的三維坐標(biāo)和三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化工作方式，在儀器設(shè)備中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)設(shè)定過程中表現(xiàn)出的效果相對較差，同時(shí)最大差值為-2.3mm，在大傾斜角度的工作狀態(tài)下，通過使用上述兩種消元解散工作方法，在儀器設(shè)備當(dāng)中所獲取的坐標(biāo)分別和三維坐標(biāo)相差相對較小，其中在x、y 坐標(biāo)點(diǎn)上差值也相對較小，但是在這坐標(biāo)上相差相對較大，最大可以達(dá)到7.5mm。通過使用解析消元計(jì)算工作方法，相對于三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作方法而言，在z 坐標(biāo)上差值只有5.72mm，而幾何消元法相對三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化在z 坐標(biāo)上的差值為7.25mm。由此可以有效驗(yàn)證，在既有的坐標(biāo)系條件下進(jìn)行三維后方距離交匯參數(shù)計(jì)算工作中，通過使用解析消元工的方法，相比于幾何消元工作方法更科學(xué)合理。因此在本次研究工作過程中，通過使用三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方式，對全站一步整平自由測站的三維坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換和計(jì)算，可以準(zhǔn)確測算出全站儀設(shè)備中心點(diǎn)位，在整平工作狀態(tài)下的三維坐標(biāo)體系，在整個(gè)結(jié)算工作效果方面相對比較理想。但是通過使用該方法進(jìn)行全站儀測算，整平過程中所對應(yīng)的三維坐標(biāo)系，需要事先在全站儀設(shè)備處于不整平狀態(tài)下來進(jìn)行使用，對儀器設(shè)備的中心點(diǎn)，三維坐標(biāo)需要設(shè)置一個(gè)已知參數(shù)值[4]。

4 全站儀不整平測量可行性實(shí)驗(yàn)工作分析

為了深入研究全站儀不整平測量技術(shù)在礦山建筑等測量工作中的應(yīng)用，展開了如下實(shí)驗(yàn)工作。在本次試驗(yàn)工作當(dāng)中，首先將全站儀設(shè)備設(shè)置在測量場地區(qū)域的中間位置，Z1 同時(shí)設(shè)置出溫度氣壓以及棱鏡的常規(guī)參數(shù)數(shù)值，然后通過將4 個(gè)帶有精密基座的棱鏡進(jìn)行精確調(diào)整，并且設(shè)置在實(shí)驗(yàn)場地的4 個(gè)不同位置，可以形成相應(yīng)的觀測網(wǎng)格模型，如圖1 所示。

圖1 觀測網(wǎng)絡(luò)模型

在精確整平以及補(bǔ)償器開放的工作狀態(tài)下，通過使用自動照準(zhǔn)功能，使用全原方向距離觀測工作方法，對以上4 個(gè)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行深入測量，目標(biāo)點(diǎn)位A、B、C、D 4 個(gè)不同的三維坐標(biāo)對應(yīng)標(biāo)記，然后設(shè)置全站儀腳架。在原地關(guān)閉補(bǔ)償器指通過旋動基座位置上的角螺栓旋轉(zhuǎn)，保證全站儀設(shè)備處與不整平的工作狀態(tài)，此時(shí)目標(biāo)點(diǎn)到A、B、C、D 點(diǎn)位置保持不動，同時(shí)不需要轉(zhuǎn)動棱鏡的工作方向，此時(shí)也稱之為小傾斜角，不整平測量工作根據(jù)上述測量工作方式進(jìn)行兩次觀測，一次記錄目標(biāo)點(diǎn)為A、B、C、D 共4 個(gè)不同的三維坐標(biāo)系。此時(shí)儀器設(shè)備的中心點(diǎn)位置會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，將變化之后的測站點(diǎn)設(shè)置為Z2，最后將全站儀設(shè)備直接移動到距離測量點(diǎn)Z1 5m 左右的位置，此時(shí)仍然需要關(guān)閉補(bǔ)償器設(shè)備，全站儀設(shè)備仍然處于不整平的工作狀態(tài)，設(shè)定的目標(biāo)點(diǎn)A、B、C、D 仍然保持不動，且不需要轉(zhuǎn)動棱鏡的工作方向，此時(shí)也稱之為大傾斜角，不整平的測量實(shí)驗(yàn)，同樣的測量工作方式分為觀測分析，依次記錄目標(biāo)點(diǎn)A、B、C、D 的三維坐標(biāo)，此時(shí)所獲取的測量點(diǎn)位置設(shè)定為Z3[4]。

通過對上述三個(gè)不同的測量實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位，均可以獲取目標(biāo)點(diǎn)A、B、C、D 的三維坐標(biāo)，通過探索全站儀整平和不整平測量工作結(jié)果之間，是否存在某種對應(yīng)工作關(guān)系，以全站儀左側(cè)測量作為三維坐標(biāo)系，計(jì)算了目標(biāo)點(diǎn)A、B、C、D 之間的平面間距角度，以及空間距離的差異性情。通過對比和分析小傾斜角不整平測量工作方法、整平處理以及大傾角不整方方式測量工作方式，對目標(biāo)點(diǎn)位所對應(yīng)的空間距離大小進(jìn)行確認(rèn)。在測量工作過程中全架儀設(shè)備在三種不同的工作狀態(tài)下進(jìn)行測量，計(jì)算得出的6 條目標(biāo)點(diǎn)之間的空間距離差值大約在1mm 誤差。由此可以得出結(jié)論：全站儀整平和不整平測量工作過程中，目標(biāo)點(diǎn)位之間的空間距離并沒有發(fā)生相應(yīng)的變化，此時(shí)說明不整平工作狀態(tài)下全站儀測量空間所對應(yīng)的坐標(biāo)參數(shù)是準(zhǔn)確的狀態(tài)。

5 結(jié)語

通過本文的分析，對智能型全站儀設(shè)備不整平、測量技術(shù)相關(guān)應(yīng)要點(diǎn)進(jìn)行深入和探索，并且通過整平和不整平工作狀態(tài)下的相關(guān)測量實(shí)驗(yàn)工作分析得出了全站儀不整平、三維后方距離交會測量及其相關(guān)算法和對應(yīng)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理工作方法，有效保證該項(xiàng)技術(shù)在礦山以及建筑行業(yè)當(dāng)中可以發(fā)揮出關(guān)鍵性的作用和效果。