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摘要：全站仪导线测量是矿山井下常用的测量方法，在实际应用中存在测量误差，对最终测量成果产生影响，要想保证矿山井下的测量精度，需要对测量误差问题进行有效调整。基于此，本文首先针对矿山井下全站仪设备进行介绍，同时提出矿山井下全站仪导线测量误差问题的原因，最后提出提高矿山井下全站仪导线测量精度的相关方法，保证矿山井下各项生产活动的安全进行，同时为后续类似工作的开展提供一定的参考。

关键词：矿山井下；全站仪；导线测量；误差分析；控制

全站仪导线测量是一种高精度的测量方法，其是通过测量仪器将地面已知坐标通过导线引测到井下进行的测量工作，导线测量精度决定着矿山井下导线测量的质量，也决定着矿山井下平面控制网和高程控制网的精度。在矿山井下，由于作业环境和条件限制，一般采用钢尺量距进行导线测量，但钢尺量距由于受气候条件、地面环境和井下巷道内不能提供照明等因素的影响，测点的稳定性较差，导致测点的精度达不到要求。而采用全站仪导线测量能够克服上述问题，可以减少井下作业时间，提高作业效率。

1矿山井下全站仪及其特点概述

全站仪是一种集电子测距、电子测角、光电测距和电子测角于一体的自动化仪器，其工作原理是：全站仪在接收到外界输入的三维坐标后，自动完成数据处理并生成对应的三维坐标。全站仪通过控制两个已知点之间的距离来获得已知点的三维坐标，同时通过对这两个点的距离和方位角的测量来确定已知点的三维坐标，并将已知点坐标数据存储到内存中。当两个已知点间存在高差时，全站仪会自动完成高差处理，并将其结果以三个方向分别为X、Y、Z，其中X方向为待测点和已知点之间的距离，Y方向为待测点和已知点之间的角度，Z方向为待测点与已知点之间的距离。当待测点位于四个方向中的一个时，全站仪会自动完成对四个待测点的方位角测量；当待测点位于两个方向中的两个时，全站仪会自动完成对两个待测点的距离测量，全站仪通过全站仪对这些数据进行处理，可以得到待测点坐标和已知坐标。

在矿山井下，由于作业环境和条件限制，一般采用钢尺量距进行导线测量，即通过量距或量距与测角相结合进行导线测量，量距时一般采用钢尺丈量待测点到每个测站上所经过的距离；量角时一般采用电子测角设备进行角度测量。由于钢尺量距受天气、地面环境和井下巷道内不能提供照明等因素影响，导致测站难以稳定在一固定位置，影响测站坐标计算和测角精度；而电子测角设备则不存在上述问题。因此，一般采用电子测角设备进行导线测量。但在实际测量过程中，采用电子测角设备测量导线测量时存在一定误差，如图1所示。

2矿山井下全站仪导线测量的误差分析

2.1全站仪本身存在仪器误差

全站仪是一种新型的测量仪器，主要由光学、电子、微处理器和各种功能的测量模块组成，在使用中全站仪本身存在仪器误差，包括光学系统误差、光学系统校正误差和电子系统误差等。对光学系统误差只要不超过仪器允许的范围，可忽略不计，对其他仪器系统误差，在使用前可将其与测量中的精度进行比较，根据测量结果，修正其误差。在使用中应注意，如果全站仪的精度等级与所使用的仪器等级不同时，应采用不同的测站设置。另外，在使用全站仪进行测量时应正确选择仪器参数、设置仪器指标参数和调整各项指标参数，在此基础上再进行测量工作。

2.2矿山井下测量中的对中误差

全站仪在对中时，由于仪器和施测对象之间的位置关系不是严格的几何关系，在实际工作中往往采用对中标志和仪器进行对中，使其达到最大限度地接近于几何关系，但这种对中方式存在一定的误差。因为在导线测量时，导线一般要布设成闭合导线，因此测量点之间应保持一定的距离，并且测出其与已知点之间的方位角和距离，根据这一条件可以用闭合导线来进行对中，由于全站仪不能直接测定高程，因此只能利用其测角精度来进行对中，在实际测量中，全站仪对中误差可以用全站仪测角误差与测角精度之比来表示=[1]。

2.3对镜站的瞄准误差

在全站仪进行导线测量时，当目标物为圆型或棱柱形时，其在水平面上的投影为一平行于目标物的直线，即为对镜站。当对镜站与目标物不平行时，对镜站的瞄准误差会引起目标物偏离投影面而出现偏差，其误差主要来源于瞄准镜与目标物之间的距离，这种误差通常表现为距离的偏差值L与测量距离的平方成反比，即L=δ（1-μ）其中α为对镜站到目标物的距离，μ为望远镜放大倍数。当α大于某一数值时，对镜站与目标物之间不平行，则会引起对镜站偏离投影面而产生偏差，对镜站瞄准误差的大小取决于观测时所用望远镜的放大倍数。一般情况下，当望远镜放大倍数越大，则瞄准误差就越小，因此在实际工作中应尽量选择放大倍数较小的望远镜。

2.4外界环境造成的误差

井下全站仪的使用环境对测量结果影响很大，例如仪器安置、仪器的垂直和水平角都是可以用来减小误差的，但仪器本身的读数误差以及外界条件变化对读数影响较大，因此应尽量避免外界条件的干扰，如仪器受到震动、温度、气压变化、大气折光等影响，测得的数据会产生较大误差。

3提高矿山井下全站仪导线测量精度的方法

3.1在一测回中实施盘左盘右观察法

在该煤矿井下，导线测量一般采用一测回法，即在一个测站完成一次测量，然后进行下一个测站的测量，在一测回法中由于测量仪器是固定的，因此需要对每一个测站进行反复观测和计算，才能完成整个测站的观测任务，但在实际操作中由于各种因素的限制，导致不能保证每次观测都能达到规范要求的精度。针对这一问题需要将该煤矿井下导线测量全部改为盘左盘右观察法，即先测量一测站的坐标（X、Y），然后再观测另一测站（Z）的坐标（X，这样每次测量都只需要观测Z坐标即可。具体方法如下：先将全站仪与光学经纬仪连接好后，将测站A和B的两个棱镜都打开并调好水平度，然后再将两个测站A和B各自设置为固定的指向角α、β后，开始测量Z坐标[2]。测量过程中首先以A坐标为原点进行旋转并同时将B坐标值输入全站仪中，当全站仪显示屏上显示出X、Y坐标值后，即开始旋转B棱镜使其指向Z方向。当B棱镜指向Z方向后，再次旋转B棱镜使其指向A坐标的方向（即旋转A棱镜使其指向C、D方向）。重复以上步骤直到两个测站的X坐标和Y坐标均已准确输入全站仪中为止，最后再根据测量结果，分别计算出两个测站的Y坐标和X坐标，通过该方法实施后，一测回法的测量精度可以提到明显提升。

3.2井下导线测量时采用三架法

采用三架法进行井下导线测量时，首先将全站仪设置为三边测量，其中两个边与地面控制点（GK0、GK10）联测，另外一个边通过观测仪器自动定向到地面控制点（GK11），然后在地面上建立三角网。待测两个导线点之间的距离为L、方位角为α、测量时间为T。在井下架设三根导线，从地面到井下观测仪器，然后将仪器设在三个测点上，按导线测量的要求进行测角和测边，在井下架设三根导线时，必须保证三根导线中两个点的位置不变，使这两个点构成一个闭合图形[3]。三个测站点之间的距离必须相等，如果地面控制点和井下导线点之间的距离较远，可以通过架设三角高程测量法实现三架法进行井下导线测量。在地面上建立三角高程网时，必须保证三个三角高程测量点之间的距离相等。利用全站仪和自动定向功能进行三角高程测量时，对所用仪器精度要求不高，因此在井下采用三架法进行导线测量时，可以将其与两架法的精度进行对比分析，如图2：

3.3合理运用棱镜激光测量模式

在井下导线测量中经常遇到一个问题：由于地面有影响，因此采用全站仪经纬仪观测模式进行导线测量时，由于地面的影响导致测量结果出现误差，有时甚至会出现错误，无法满足规范要求，要求在井下导线测量中，对棱镜激光测量模式进行合理的运用。但在实际工作中经常会遇到这样的情况由于地面有影响，导致全站仪无法正常作业，从而出现错误，为了避免这种情况的出现，在作业过程中可以采用以下措施进行处理：1）可以将仪器的后视棱镜模式改为前视棱镜模式，这样能够保证后视棱镜模式下测得的数据与前视棱镜模式下测得的数据一样准确。2）如果井下条件允许，可以在全站仪后视棱镜模式下进行导线测量。但在井下作业时要注意控制好两个棱镜的间距，避免影响到测量精度。

3.4适当加大垂球重量，目标尽量瞄垂球线的根部

垂球是全站仪导线测量中用于测定地面点坐标的工具，其重量一般为20-30 kg，在井下使用时，垂球的重量应该适当加大，以确保垂球线与目标线的夹角在±3°之内，如果目标不能与垂球产生较大角度，会导致测点位置精度降低。在实际的导线测量中经常会遇到目标与垂球线不能很好地产生夹角的情况，这是因为仪器测站点设置不合理或仪器倾斜引起的。在导线测量中，最好将目标与垂球的夹角控制在±3°以内。对于这种情况可以通过调整仪器参数来解决，例如在导线测量中使用带棱镜的全站仪时，可以调整仪器到照准部使其垂直于地面或接近地面，以保证目标与垂球线具有较大角度。此外，在实际操作中应该尽量瞄准垂球线的根部进行测量，即瞄准垂球的正上方或正下方位置进行测量，这种方法能有效降低由于仪器倾斜引起的误差[4]。

3.5观测时应注意的问题

1）采用全站仪观测时，应设置好全站仪的自动对中整平系统，使其能自动对中，减少观测误差；2）在测站方向上设置仪器高时，应根据测站方向和导线方向确定仪器高的精度，并注意前后视观测对中误差的影响；3）观测过程中应注意全站仪读数和测距时对中误差的影响。特别是测距时，应严格按照测距仪上的量程选择量距器，以免对测得的数据造成影响；4）在观测过程中，应注意测距边与角度边间的距离误差，当角度边距离较远时，可适当减小测距边长度；当边长较近时，应适当增大测距边长度；5）在采用全站仪观测时，应注意选择合适的测角时间和测角路线，对角线上仪器高不相同时，要考虑仪器高与测角时间间隔、测角路线等因素；6）在观测过程中，当需要延长全站仪自动对中整平时间时，应尽量避开井下作业环境相对恶劣的时间；7）在观测过程中，当全站仪不能自动对中整平时，可通过手动对中整平功能来实现自动对中整平。在对中完成后应将全站仪复位以确保仪器的正常工作。

4结语：

综上，通过以上对全站仪导线测量的分析，可以看出矿山全站仪导线测量的误差来源较多，而且还会受到外界环境的影响，在实际操作中要对误差进行精确估计和仔细分析，才能找到合适的方法来减少误差，在实践中要充分考虑到各种误差的影响因素，进行必要的调整和控制，提高全站仪导线测量的精度和效率。

参考文献

[1]高文，党海强.浅谈免棱镜全站仪在矿山井下导线测量中的应用[J].内蒙古煤炭经济，2020，316（23）：162-163.

[2]崔团团，高永涛，贾周云.矿山井下全站仪导线测量对中方法浅谈[J].绿色环保建材，2020，164（10）：175-176..

[3]谢战国.360度微型棱镜在矿山测量工作中的应用[J].科学技术创新，2018（28）：195-196.

[4]胡建胜.煤矿全站仪导线测量误差分析及技术措施研究[J].能源技术与管理，2018，43（04）：170-172.

作者简介：张福申（1979.7-），男，本科，湖南桂阳，汉族，工程师，主要从事测量方向工作。