全站儀在礦山測量中的應用

楊守君

[摘要]全站儀（TS）或全站儀經緯儀（TST）是用于測量和建筑施工的電子/光學儀器。全站儀是一個電子經緯儀（過境），集成了電子距離測量（EDM）以讀取從儀器到特定點的斜距，以及車載計算機收集數據并執行高級坐標計算。機器人全站儀允許操作員通過遙控器遠程控制儀器。由于操作員拿著后向反射器并從觀察點控制全站儀，因此無需助理人員。在礦山測量中應用全站儀可以有效提高礦山測量的效率和質量。

[關鍵詞]全站儀 礦山測量 應用

全站儀主要由土地測量師和土木工程師使用，或者在地形測量中記錄特征或設置特征（如道路、礦山或邊界）。近年來，全站儀在礦山測量中有十分廣泛的應用。

一、全站儀的功能

（一）角度測量

大多數全站儀儀器通過電光掃描儀器內旋轉玻璃圓柱體或光盤上刻蝕的極其精確的數字條形碼來測量角度。質量最好的全站儀能夠測量角度為0.5弧秒。廉價的“建筑級”全站儀通常可以測量角度為5或10弧秒。

全站儀的電子經緯儀部分用于測量垂直和水平角度。為了測量水平角度，可以將任何方便的方向作為參考方向。對于垂直角度測量，將垂直向上（天頂）方向作為參考方向。角度測量的準確度從2到6秒不等。

（二）距離測量

測量距離是通過調制的紅外載波信號完成的，該信號由儀器光路內的小型固態發射器產生，并由棱鏡反射器或被測物體反射。計算機在全站儀中讀取并解釋返回信號中的調制模式。該距離通過發射和接收多個頻率來確定，并且針對每個頻率確定針對目標的波長的整數數量。大多數全站儀都使用特制的玻璃棱鏡（測量）反射鏡作為EDM信號。一個典型的全站儀可以在高達1，500米（4，900英尺）的距離內以約1.5毫米（0.0049英尺）+2百萬分之一的精度測量距離。無反射面的全站儀可以測量到任何物體的距離，這些物體的顏色是合理的，可以達到幾百米。

電子測距儀（EDM）是全站儀的重要組成部分。其范圍從2.8公里到4.2公里不等。測量精度從5毫米到10毫米每公里測量。它們與自動目標識別器一起使用。測量的距離始終是從儀器到物體的傾斜距離。

（三）坐標測量

只要能夠在兩點之間建立直接視線，就可以使用全站儀確定未知點相對于已知坐標的坐標。測量從全站儀到被測點的角度和距離，使用三角法和三角測量法計算被測點相對于全站儀位置的坐標（X，Y和Z或東，北和海拔）。為了確定絕對位置，全站儀需要視線觀測，并且可以在已知點或視線上將其設置到已知位置的兩個或更多個點，稱為后方交會（Free Stationing）。

出于這個原因，一些全站儀也有一個全球導航衛星系統接收器，并且不需要直接的視線來確定坐標。但是，GNSS測量可能需要更長的占用時間，并且在垂直軸上的精度較差。

（四）數據處理

某些型號包括內部電子數據存儲器，用于記錄測量距離，水平角度和垂直角度，而其他型號則可將這些測量結果寫入外部數據采集器，例如手持式計算機。

將數據從全站儀下載到計算機上時，可以使用應用軟件計算結果并生成調查區域的地圖。最新一代的全站儀也可以在測量點后立即在儀器的觸摸屏上顯示地圖。

該儀器配有一個內置的微處理器。微處理器平均多個觀測值。借助測量的斜距和垂直和水平角度，當提供儀器和目標軸的高度時，微處理器將計算水平距離和X，Y，Z坐標。如果提供大氣溫度和壓力，處理器能夠對測量進行溫度和壓力校正。

二、全站儀的優點

以下是在礦山測量中使用全站儀的一些主要優點：現場工作效率極高；測量精度很高；讀取和記錄中涉及的手動錯誤被消除；坐標的計算非常快速且準確；自動進行溫度和壓力修正；計算機可用于地圖制作和繪制輪廓和橫截面；輪廓間隔和刻度可以立即改變。

但是，測量人員在使用前應檢查儀器的工作狀態。在使用現場工作儀器之前，通過觀察指定儀器站的那些標準點來檢查其工作。

三、全站儀的組成

全站儀是一個電子傳輸和電子測距裝置（EDM）的組合。有了這個設備，人們可以確定從儀器到要測量的點的角度和距離。借助三角法，可以使用角度和距離來計算絕對值中被測點的實際位置（x，y和z或北向，東向和仰角）。

在全站儀中，望遠鏡連接到用于測量望遠鏡的旋轉角度（通常相對于北方為0度）和望遠鏡的傾斜角度（相對于水平為0度）的標尺。旋轉望遠鏡瞄準目標后，可以從刻度盤上讀取旋轉角度和傾斜角度。電子傳輸提供了一個數字讀出這些角度。全站儀的度數十分精確，并且不易因標尺上的標記之間的內插或錯誤記錄而產生錯誤。讀數也是連續的，因此可以隨時檢查角度。

全站儀的另一部分即電子測距儀或EDM測量從儀器到其目標的距離。EDM發出的紅外光束反射回本機，本機使用定時測量來計算光束行進的距離。除少數例外，EDM要求目標具有高度反射性，反射棱鏡通常用作目標。反射棱鏡是一個大約10厘米的軟飲料罐直徑的圓柱形裝置。一端是玻璃蓋板，另一端是帶螺紋延長部的截錐。它通常擰入桿頂部的目標/支架；桿的尖端放置在要測量的點上。

四、全站儀在礦山測量中的應用

全站儀是礦山測量中使用的主要測量儀器。

全站儀用于記錄隧道圍墻，天花板（靠背）和地板的絕對位置，因為地下礦山的漂移被驅動。然后將記錄的數據下載到CAD程序中，并與隧道的設計布局進行比較。

調查方定期安裝控制站。它們是在鉆入墻壁或背面的孔中成對安裝的小型鋼塞。對于墻壁站，兩個插頭安裝在相對的墻壁上，形成垂直于漂移的線。對于后站，后部安裝兩個插頭，形成一條平行于漂移線。一組插頭可用于通過交叉和切除處理測量插塞來定位設置在漂移或隧道中的全站儀。

全站儀安裝在三腳架上，并通過操作調平螺釘進行校平。在小范圍內，儀器可以自行調整到水平位置。然后使用板載鍵索引垂直和水平參考方向。可以為距離、溫度和壓力（FPS或SI）設置所需的單位。測量員可以選擇精細、粗糙、單個或重復測量模式。

當瞄準目標時，測量水平和垂直角度以及傾斜距離，并通過按下適當的鍵將它們與點號一起記錄下來。儀器和目標的高度可以在用膠帶測量后鍵入。然后處理器計算關于點的各種信息并顯示在屏幕上。

這些信息也存儲在電子筆記本中。在一天結束時或電子筆記本已滿時，存儲的信息將下載到計算機。下載到計算機的點數據可用于進一步處理。AutoCad有自動民用和自動繪圖儀等軟件，可用于繪制任何指定間隔的輪廓，并繪制任何指定線的橫截面。

全站儀在礦山測量中不僅用于收集調查，還用于設計。在水管桿上（通常是外側）使用棱鏡，測量員可以通過簡單地指向棱鏡來確定使用儀器需要放置釘的位置以及已經保存在存儲卡/設備上的設計。大多數全站儀都具有設置功能，可以使用加載的設計信息來確定棱鏡所在的位置，并參考設計線，并提供有關棱鏡位置的偏移和里程的信息（因此可以告知棱桿需要的位置被移動到正確的位置）。

全站儀可以為礦山測量提供以下功能：測量水平和垂直角度；電子距離測量（EDM）；以電子方式存儲收集的數據；針對不同任務的內置程序/附加組件；協助設計；協助確定坐標幾何；收集面積計算數據；進行基本/慢速激光掃描操作。

在礦山測量過程中，全站的微處理器單元處理收集的數據以計算：測量的多個角度的平均值；測量的多個距離的平均值；水平距離；任意兩點之間的距離；物體和物體間的仰角；觀察點的所有三個坐標；在全站儀中收集和處理的數據可以下載到計算機進行進一步處理。全站儀是一款緊湊型儀器，重量為50到55N.一個人可以輕松攜帶到現場。市場上有各種不同精度，角度測量和不同測量范圍的全站儀。

五、結語

綜上所述，全站儀比傳統的礦山測量工具有更突出的精度和效率優勢。在礦山測量中使用全站儀將進一步提升測量的效率和質量，從而為采礦產業創造更好的效益。