一種地下導線測量的改進方法

湯伏全，李　陽

(西安科技大學測繪學院，陜西 西安 710054)

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一種地下導線測量的改進方法

湯伏全，李陽

(西安科技大學測繪學院，陜西 西安 710054)

An Improved Method of Underground Traverse Survey

TANG Fuquan,LI Yang

摘要：地下導線測量中全站儀一般采用點下對中的方式，其精度和效率容易受到影響。本文提出了一種改進方法，在測量時儀器不用精確對中測量標志，通過記錄測點標志(垂球)在偏心測量盤上的讀數，利用專門軟件對測得數據進行歸化改正，以獲得精確的導線測量結果。試驗數據處理結果及誤差分析表明，該方法測量精度高、操作簡便，提高了地下導線測量的效率。

關鍵詞：全站儀；井下導線測量；偏心測量盤

在地下工程平面測量中，目前主要采用全站儀導線測量[1-3]。地下導線測量點一般都在隧道(巷道)頂板位置，采取掛垂球點下對中的方式進行儀器對中整平，由于隧道內測量環境較復雜，對中過程往往耗費不少時間，對中精度也無法保證，導致整個導線測量的效率不高[4]。因此，提高導線測量效率的關鍵點就是提高儀器對中整平的效率，之前已經有通過三架法[5-6]、自制激光上對點器[7]、激光垂球[8]等辦法來減少地下導線對中時間,但都需要將全站儀對中測量標志才能開始進行測量工作。針對這個關鍵點，筆者制作了這套地下導線測量系統。本文中說明了這種測量裝置的制作和其原理及使用方法，具體是通過在全站儀手柄上附加一個偏心測量盤，使得在進行地下導線測量時不需要對測量標志精確對中就可以進行測量，以此來快速準確地對地下導線進行測量，從而提高地下導線測量的效率和精度。

一、偏心測量裝置的制作

偏心測量盤采用不易變形的合金工具鋼加工制作，如圖1—圖3所示。偏心測量盤裝置的主要部件是一塊標有刻度的圓形刻度盤，刻度盤半徑為57 mm，厚度為2 mm，刻度盤上的刻度標注如圖1所示，度盤刻畫面向上，中心位置為空心的中心旋鈕，通過中心旋鈕固定角度指標尺于刻度盤上。角度指標尺長70 mm，厚度為0.5 mm，可以繞中心旋鈕在度盤表面360°旋轉，指標尺的轉軸中心與圓形刻度盤的中心是重合的。指標尺的另一端伸出圓盤外沿，便于使用者用手指撥動指標尺轉動指標尺的外端鏤空處，用于讀出所指角度的讀數。度盤底面是用于將裝置固定于全站儀手柄的方形固定栓，如圖2所示，方形固定栓尺寸為10 mm×5 mm×10 mm，固定栓距離中心旋鈕中心20 mm，兩個方形栓對稱與中心旋鈕排布，連線垂直于刻度盤的0°方向。

圖1　偏心測量盤正面

圖2　偏心測量盤底面

圖3　偏心測量盤側面

二、偏心測量裝置使用方法

1. 數據采集準備

偏心測量盤安裝方法如下：將兩個固定栓分別插裝到兩個連接孔中，使偏心測量盤安裝在全站儀的手柄上，并調整兩個固定栓在圓形刻度盤上的位置，使圓形刻度盤的幾何中心位于全站儀的中心軸線上，并且角度刻度的零刻度對準全站儀上望遠鏡的視準軸，如圖4所示。

圖4　偏心測量盤安裝在全站儀

2. 數據采集

1) 在前視測站點位、后視測站點位和中間測站點位上均用魚線懸掛垂球，并使垂球自然下垂。

2) 在前視測站點位上架設前視棱鏡，在后視測站點位上架設后視棱鏡，在中間測站點位上架設全站儀。

3) 將全站儀在中間測站點位的下方進行粗對中和精平，使垂球不超出偏心測量盤的圓形刻度盤范圍。

4) 使用全站儀進行地下導線測量，得到導線實測夾角β、導線實測后視邊長L1和實測前視邊長L2。

5) 將全站儀對準后視棱鏡后制動，待懸掛在中間測站點位上的垂球穩定后，轉動偏心測量盤的角度指標尺，使角度指標尺上的角度指示線與垂球的中心線重合，讀出角度指標尺上的角度指示線所指示的角度值λ和垂球底部頂點距離圓形刻度盤圓心的距離e。

3. 內業數據處理

原理分析如圖5所示，O1點為理論上測站點，O點為實際測站點。OO1之間的距離為偏心距，記為e，AO與OO1之間的夾角可以通過刻度盤讀出，記為λ。記實際測得的距離AO為L1，BO為L2；理論上的距離AO1為S1，BO1為S2。記∠AOB為β，∠AO1B為α。

圖5　偏心測量原理

根據圖中的幾何關系分析，S1與S2可以由余弦定理得出

(1)

(2)

角度a和c可由正弦定理推算出

(3)

(4)

由圖中角度的關系可知，所需要得出的理論上的測角α=β+a+c。

利用軟件對數據進行規劃改正，軟件界面截圖如圖6所示。

圖6　數據規劃軟件界面截圖

最后，將其計算得到的導線后視邊長S1、導線前視邊長S2和導線夾角α存儲到文本文件中。

三、精度分析

本測量裝置的原理是對偏心測量所得到的數據進行改正，不存在對中誤差，因此誤差主要影響因素為在偏心測量盤上的讀數誤差。

導線邊長S1和S2的誤差方程分別如下

(5)

(6)

由于e很小，可忽略，因此L1≈S1,L2≈S2，故[9]

(7)

(8)

由α=β+a+c可得如下誤差方程式

(9)

(10)

通過實例對上述一系列公式進行驗算，所測得到λ=38°30′，e=0.025 m，β=122°30′45″，L1=121.522 m，L2=102.057 m；計算得到S1=121.502 m，S2=102.054 m，α=122°32′1″。

根據偏心測量盤上的刻度，測量人員在讀數正確的情況下長度誤差優于1 mm，角度誤差優于1°。表1列出了當偏心盤上e讀數誤差為1 mm、λ讀數誤差為1°時，經過規劃改正后得到的數據。

表1　誤差分析列表

通過對比表中的數據可以看出，當偏心盤上e讀數誤差為1 mm、λ讀數誤差為1°之內時，規劃改正后得到的數據在長度上相差不超過1 mm，角度上不超過1″。

本文實例中，采用本文方法所述的地下導線測量方法進行地下導線測量，耗時共5 min。為了進一步驗證本方法的技術效果，在同樣的測量環境下，對全站儀進行了精確對中和精確整平，測量得到導線后視邊長S1=121.501 m，前視邊長S2=102.053 m，導線夾角α=122°32′2″，耗時共15 min。對比測量結果可見，使用本文方法耗時短，測量結果能夠滿足精度要求[10]，大大提高了工作效率。

四、結束語

通過對比采用本文方法測量所得到的數據和采用常規方法測得的數據，驗證了該測量方法的可行性。同時，本套測量裝置的適用性廣，偏心測量盤的結構簡單，設計新穎合理，實現方便且成本低，在全站儀上的安裝、使用非常方便。通過具體誤差公式的推算及實例證明了其精度滿足井下導線測量的要求，并且數據自動化程度高，數據處理結果能夠直觀顯示并保存，將來可以進一步在配有偏心測量盤的全站儀上機載測量規劃軟件[11]，提高本系統的靈活性和便攜性。本文方法大大提高了井下導線測量的效率，在地下工程測量中有著重要的現實意義。

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中圖分類號：P258

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)03-0077-03

作者簡介：湯伏全(1966—)，男，博士，教授，主要從事礦山測繪方面的教學和研究。E-mail：fuquantang@163.com

基金項目：科技部第六批中國—南非聯合研究計劃(2012DFG71060)；國家自然科學基金(41272388)

收稿日期：2015-03-09

引文格式： 湯伏全，李陽. 一種地下導線測量的改進方法[J].測繪通報，2016(3)：77-79.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0091.