全站仪用于竖井高程联系测量的方法及精度分析

张磊、蒲拴云、张晓震、尹润生、汪强

（陕西华彬雅店煤业有限公司 咸阳 713500）

摘要:本文通过多次煤矿竖井高程联系测量分析，对测量过程中出现的问题及处理方案进行总结，并以此为基础归纳出利用全站仪完成竖井高程联系测量的新方法，供测量工作者参考应用。

关键词:竖井;高程联系测量;全站仪;影响因素 1传统测量方法介绍及测量过程中出现的问题

目前，地下开挖、开采工作常通过竖井进行，特别是在隧道施工、矿山施工中更是如此。所以，在竖井作业中，必须准确无误的将地面控制网中的方位、方向和高程通过竖井向地下传达，保证开挖、开采工作的顺利开展，我们称之为高程联系测量。高程联系测量是作业过程中的重要环节，它的准确性、正确性对于施工作业会产生重要的影响。钢尺法和钢丝法是煤矿竖井高程联系检测中最传统的两种方法，它们在实际应用中都存在着测量精度不高等无法避免的弊端。

传统的钢尺法在进行检测时不仅需要用到较多的工具，如果井筒的深度较大，还要通过连结钢尺以满足测量需求。连结处的紧密度将直接影响测量的准确度和精准度，得到的数据自然偏差较大。

钢丝测量法虽然在长度上可以满足较深矿井的需求，但其需要约50米的丈量平台作为支持；另外，外界风力大小、温度高低，自身直径和膨胀系数都直接影响测量结果的准确度。

上述两种方法弊端颇多，即便在耗费大量人力和物力的前提下，也无法得到精准度较高的结果，所以必须寻求新的测量方法。 2全站仪在高程联系测量中应用的可行性

全站仪是近些年研发出来的一种新型测量工作，它自身具备一套完整的测量系统，共囊括了水平角、距离、垂直角和高差测量等多项功能。它的优点是只需要安装该工作站就可以完成现场的所有测量工作，继而被人们命名为全站仪。

全站仪具有体积小、操作简便、测量速度快、测量精度高等优点。所以，在利用全站仪进行高程联系检测时，可以直接对其进行环境参数的输入，由其自己完成测量的全部工作。没有了过于笨重的设备和繁琐的工序，降低了外界环境因素的影响，所以得到的结果更为精准。

随着信息时代的到来，科学技术的不断进步带动电子设备的发展。新型电子仪器的诞生极大的方便了工业生产。在以技术说话的今天，高精准度测量仪器得到了各个领域的欢迎，全站仪技术在煤矿作业中的成功应用正说明了这一点。 3全站仪进行高程联系测量的工作原理

全站仪的工作原理是利用平面镜对光讯号的反射作用，仪器接收到光讯号后，再通过电脑系统经过一系列的计算，最后得到测量的距离。使用全站仪进行高程联系测量时需要将仪器架设就近放置，整平放置，将一个可以调节反射角度的平面反射镜在井口处放置，将反射棱镜放置在井底，然后通过调节平面反射镜角度，使全站仪对准井底棱镜接受光讯号，通过测量计算光路长度，从而完成高程联系测量。

4全站仪进行高程联系测量的测量

1）将全站仪架设在井口边，使其保持水平状态，同时摆正水平反射镜和反射棱镜的位置。

2）对周围的环境因素进行校正处理。周围的环境条件主要包括温度和气压。首先采集井筒50米到80米之间的温度和气压值，其次是井口，最后是井底。对三次测量结果进行平均值的求解，并将得到的参数写入全站仪中。

3）将平面反射镜置于井口，反射棱镜置于井底，两者保持垂直关系，同时按照井筒罐笼钢丝绳的位置调节三者的位置。调整全站仪的镜头使其与平面反射镜保持在统一水平面上，确保其能够准确的搜索到反射棱镜，待全站仪锁准镜头后便可利用十字中线在反射镜上标出O点的位置，同时测量出其与棱镜之间的光学路线长度，记作S。再利用水准仪测量平面反射镜O点与地面井高程点M之间，棱镜中心点P与井底水准基点N之间的高度差，分别记为ha和hb，详见下图1.此外，全站仪中心点C和平面反射点O的距离可直接利用钢尺测量。

图1 全站仪测量示意图

5井底水准基点高程测量值的计算方法

设h为p点和O点之间的垂直高度，且SopL，继而得到井底水基点N的高程：

HNhhahb

LSopSSoc

当O点与P点在同一铅垂线上时，hSopL。

如果p点的位置与O点同在一条铅垂线上，则有hSopL。 若p点和O点位置呈错开状态，就会产生偏差值x，其方程如下：

hLx2212

对上面方程式进行二次展开，得到

hL1x2/2L2x4/8L4Lx2/2Lx4/8L3 令Lx2/(2L)x4/8L3

若x=0.5m、L=50m，则L的值为0.0025米； 若x=0.2m、L=50m，则L的值为0.0008米； 若x=0.5m、L=100m，则L的值为0.00125米。

受到竖井井筒高度的，反射点O产生的偏离值并不太大，即x的值偏

小。如果井筒深度大于110米，便可以忽略其对△L的影响。 6全站仪进行高程联系测量的影响因素

1）全站仪测量时受气候影响较大。大气折射率测量对光讯号在井筒内传播时的影响较大，而大气折射率受传播介质的温度、气压、湿度、密度等的直接影响，不同的环境条件下，折射率会产生不同的变化。因此，大气折射率需要根据竖井内环境条件的各个因素的来确定，竖井内环境因素的变化就会引起光讯号在井筒内的传播速度发生变化，全站仪测量时就会出现数据的变动，引起测量误差。

2）水准测量误差:在进行测量时，平面反射镜、反射棱镜等基准点的选择也是引起误差的主要因素。无论是测量反射点O和近井点M的水准值，还是测量井底棱镜与水准基点N的水准值，都无法避免误差的存在。

3）量距误差:在测量井口反射镜反射点O与全站仪中心C间的距离值时同样会有误差的产生。

4）井底棱镜中心点和井口平面反射点之间的位置关系直接决定着误差值的大小，如果两者并非处于一条铅垂线上，则有：Lx2/2Lx4/8L3。

5）全站仪的仪器误差:仪器自身在设计初期就存在着几何关系不对称的问题，加之检校偶尔出现延时，所以导致误差的产生。

6）在晚上用全站仪进行高程联系测量比较有利，因为全站仪在晚上能够准确辨别目标棱镜的位置所在。实际操作过程中，井底工作人员拿着矿灯对准平面反射镜摆动，使灯光通过反射到达井口，地面人员根据全站仪的位置调节井上反射井，待锁定目标之后便可完成观测任务。 7总结

整个高程联系检测过程，利用全站仪导入高程还存在着各种影响因素，但是与钢尺法、钢丝法传统的导入高程相比，还是具有更多的优点。所以，全站仪在竖井高程联系检测中的应用不但提升了测量结果的准确度，而且节约了人力物力，值得大力推广。

随着时代的发展，科技的进步将带动电子仪器技术进入一个新的里程碑，功能更加齐全、性能更加稳定、设计更加标准化的全站仪正在研发当中，相信它必然会为竖井高程联系测量做出更大的贡献。 参考文献：

[1] 测量工作中的技巧问题 《西安矿业学院学报》 1991年02期 [2] 光电测距法导入高程 《测量员》 1993年06期 [3] 简便立井导入高程测量 《测量员》 1994年03期