提升全站儀在礦山測繪中測量精度的研究

王紅元

（福建省煤電股份有限公司，福建 龍巖 364000）

0 引言

盡管與北方相比，南方的煤礦資源有限，地質條件遠不如北方優越，但南方煤礦資源仍然在我國煤礦資源中占有重要地位。南方煤礦由于水文地質條件較為復雜，突發性水淹井等事件發生率較高，導致在實際礦山測繪中測量精度受到影響。全站儀是一種高技術精密測量設備，該儀器將光、電、機集為一體[1]。當前在礦山測繪中應用較廣，在礦山測繪中使用該儀器能為開采煤礦提供基礎性數據和資料支持。但由于南方煤礦區地質條件和開采條件較北方更艱難，導致全站儀在南方礦山中的應用也一定程度受限，實際測量精度也有明顯差異，而全站儀提供的數據不夠精準，也會使得礦山工作人員開采作業風險的增加。因此有必要根據南方特殊的地質條件調整和優化全站儀的使用。

1 全站儀在礦山測繪中測量的作用

在礦山測繪中使用全站儀能利用其同軸望遠鏡和雙軸自動補償設備，擴大測量范圍，減少測量次數，能有效降低操作人員的工作強度和減少工作時間。由于全站儀設備自身的測量精準性高于傳統測繪儀器，如電子經緯儀、光學經緯儀，因此在當前的礦山測繪中能通過對計算機的使用，自動填繪相關資料數據，在全站儀完成測量作業后，傳輸的數據可直接到達計算機，后續相關計算均由計算機進行，從而減少人為操作和記錄造成數據誤差的發生，且在全站儀中配備的通訊接口能及時有效地完成數據傳輸，使全站儀在測量中的數據和相關參數能通過通訊接口完成及時的數據傳輸，減少人工應用的次數。除此之外，由于全站儀集測繪、數據傳輸等功能為一體，在使用全站儀進行礦井測量作業時，僅需一名操作人員進行作業即可，一定程度上提高了操作人員的利用率。

2 影響全站儀在礦山測繪中測量精度的問題

2.1 測繪人員操作問題

當前礦山測繪中使用的全站儀通常功能較多，但是在實際測繪中，技術人員通常使用其中的測角和光電測距功能。且在進行數據記錄時，仍以復述和手寫等方式為主，而對于測量的數據處理和分析也以人工計算和計算器計算為主，除此之外，技術人員在進行測繪時，不同的技術人員在進行測量角度的選擇上也存在一定程度的偏差，進而導致實際測量數據的不同。因為南方礦區地質條件較為復雜，實際操作人員在進行操作時，不同測量角度對實際測量數據的影響也有所不同，因此實際呈現的數據間也存在一定程度的差異[2]。除此之外，由于操作人員在使用全站儀時，對其位置的擺放、角度的調整等方面存在差異，使得實際測量數據也有一定出入。除操作人員在進行操作時的直接因素外，精度還受到操作人員記錄數據的影響。例如在實際測量后，操作人員對數據進行記錄，在礦區時以手工記錄為主，由于不同的操作人員有不同的書寫習慣和書寫風格，導致記錄不規范和字跡潦草等影響數據的辨認。甚至人工計算時會出現計算錯誤等問題。而此類人為因素影響數據的問題，極大程度上影響實際測量數據的精度。

2.2 外在環境因素影響

不同地質條件下的礦山由于井下環境極為復雜，受粉塵、風流和噴霧等因素影響，井下實際能見度較低，增加了實際測量的難度，進而影響全站儀的測量精度。尤其是當全站儀長期處于礦井內部時，受礦井內環境影響較大，實際測量數據的精準度極其受限。尤其在南方地區，地質災害頻發，礦井內環境較不穩定，尤其井內的風較大，而風流會在測量過程中成為影響測量精準度的重要因素之一。除此之外，反射介質對測量精度的影響也較大，反射介質的表面粗糙程度和顏色深淺程度都會對測量結果造成不同的影響，通常來說，反射介質表面較為粗糙，表面反射能力較弱的情況下，實際測量的結果精準度有限。對于南方的礦井而言，由于地質環境的特殊性，巖溶較多，因此在實際測量時，表面反射能力較弱，導致實際測量存在誤差。而由于巖溶較多，使得井下溶洞裂隙水豐富，潮濕的環境對全站儀的測量精度影響較大。

2.3 全站儀自身設備因素

與電子經緯儀、光學經緯儀相比，全站儀擁有更為精準的測量構造，包括同軸望遠鏡、雙軸自動補償和通訊接口。從全站儀構造來說，同軸望遠鏡能夠使全站儀實現同時測定水平角、垂直角和斜距等要素，但興一利必興一弊，由于配備了同軸望遠鏡，全站儀能實現礦山更多角度的測量，但從另一個角度來說，全站儀在環境等因素的影響下精度的準確度也有被影響的風險。尤其通訊接口的配置，一方面能有效提高數據傳輸和處理效率，另一方面也意味著在礦山受外在環境影響測量精度的風險更高。除此之外，全站儀由于長時間處于測量的工作狀態中，其儀器的壽命和功能也受到影響，而目前關于全站儀的保養維護工作極為有限，也使得全站儀儀器本身的因素影響到實際測量精準度[3]。

3 全站儀在礦山測繪中的操作方法

目前礦山中使用全站儀進行測量作業，主要是進行水平角、距離和導線測量等方面的作業。其中全站儀在進行水平角測量時主要是通過其角度測量功能分別對第一和第二目標點進行讀數盤清零后的測量，測量水平角相對簡單。全站儀測量距離時，由于受外在影響較大，因此需要先對外在環境進行評估，包括氣象情況，是否大風、氣溫如何，氣壓值多少等方面。隨后根據評估的數據情況調整全站儀測量設置，在進行測量時，常使用精準模式，在全站儀測量距離時，精準度最高的模式是脈沖相位比較式，該方式既能滿足遠程測距又能有較高的精度。由于南方煤礦區域地質災害較多，在進行礦山開采后，極易發生開采沉降和山體滑坡等情況，因此在實際測量作業時，需提前對礦區基本情況進行評估，在進行礦山測量作業時，根據礦山的沉降程度和地質破壞程度確定測量的范圍和相關參數，有利于減少礦區惡劣環境對測量精度的影響。

4 提升全站儀測量精度的途徑

4.1 提升技術人員的操作技能

由于全站儀的功能較為豐富，相關零部件較為脆弱，因此需要對技術人員進行全站儀儀器的全功能詳細培訓，并就日常使用的功能進行詳細講解和操作考核，確保操作人員熟練有效地掌握操作方法。同時，需就全站儀使用的注意事項進行針對性講解，尤其是確定全站儀設備連接處接口是否松動，確定測量角度時也應根據井下環境進行調整，使全站儀能處于較為安全的環境進行測量作業[4]。為確保操作的統一流程化，培訓操作人員在進行測量作業時，先根據井下環境確定全站儀的放置位置，確認全站儀的測量范圍，通訊信號的強弱，對通訊信號較弱的位置進行適當地調整，使全站儀能處于較為合適的位置，且保持通暢的通訊信號以確保數據的正常傳輸。南方礦區由于受多雨、地質條件差等影響，全站儀在南方礦區使用時受外在因素影響較大，但全站儀設備自身無法根據環境的變化或惡劣的環境，調整設備的測量重點，因此需要技術人員有足夠豐富的測量經驗，能對測量環境中的各種可能影響精度的因素進行評估，并采取相對應的措施減少其對精度的影響。除此之外，為了降低人為測量導致的數據誤差，在確定實際測量數據時，采用多次測量的方法對多次測量的數據求平均后取值。

4.2 嚴格做好全站儀的校準和保養工作

由于全站儀工作環境較為復雜，天氣、能見度、粉塵等對全站儀的影響較大，且由于全站儀儀器自身在生產和精度校準時就存在一定的誤差，而在南方礦山測量中受外在環境的影響，尤其是天氣、風力和能見度等影響，全站儀的測量誤差越來越大。因此全站儀需要根據使用的時間、使用具體地點等適時對全站儀進行校準，使在使用全站儀之前能消除全站儀自身的誤差，同時對于在南方煤礦區域使用較為頻繁的全站儀，一方面需要做好全站儀使用后的保養工作，另一方面，為避免全站儀長期處于工作狀態下，零件等受損影響測量準度，需要多個全站儀交替使用。全站儀應由專人負責保管，對其使用和非使用狀態有詳細的記錄，避免全站儀處于非正常的高頻使用狀態中，進而影響測量精度。測繪現場使用后應及時將全站儀帶回，避免全站儀長時間非工作狀態處于礦區環境中。由于測量儀器一旦受潮將極大程度影響測量精度，因此保管人員需保證全站儀在未使用狀態下保持干燥狀態，且將全站儀放置在固定位置。

4.3 減少環境因素對測量精度的影響

井下測量環境會對測量精度產生不同程度的影響，需要根據不同的環境情景調整全站儀的使用，對于井下風大的情況，需要在進行測量時，配備擋風儀，減少風力對測量的影響；而井下能見度較低時，需適時調整測量范圍，通常而言，測量距離越近，測量的準確度越高。尤其在能見度較低的情況下，更需要縮短測量距離。在進行測量作業之前需要使用專業工具對井內環境進行評估，包括風力大小和方向；井內的壓力狀態；干濕程度和粉塵情況，并根據井內環境的情況作出針對性的預判，根據基本環境情況確定儀器放置位置和測量范圍。尤其需要注意放置儀器時要使其偏心距偏小，構成角偏小，盡可能降低環境對測量精度的影響。

4.4 引進新系統輔助測量

由于南方地質條件較差，不同礦區的具體地理環境具有較大差異，而全站儀雖然與傳統光學經緯儀和電子經緯儀相比有較高的自動化水平，且受信號影響較小，但是全站儀不可避免地受到氣候、礦井內能見度和濕度等影響[5]。因此為了提高全站儀的精度，減少其他因素對其精度的影響，需要引進具有實時動態測量功能的系統，將其自身的GPS 測量功能和數據傳輸等與全站儀工作全過程相結合，從而使全站儀能在最大程度上適應南方礦山的不同地理環境和多變的天氣環境。礦井下測量工作的要點是確定煤巷道方位的定向，并在恰當的時機使用陀螺全站儀，通過測陀螺邊的方式，能夠較大程度提升導線的精度，為井下測量提供可靠的技術保證和數據支撐。南方地區由于地質條件較差，礦井內的空氣濕度較大，因此在進行測量作業時極易受到影響，其中在應對礦井下風力較大、能見度較低時，可以使用防震球，幫助全站儀確定基準點和后續測量作業，從而降低礦井內不良環境對全站儀測量精度的影響。

5 結束語

在礦山測繪中使用全站儀容易受到多種因素的影響，使實際精度受到影響。綜上所述，在礦山測繪中，影響全站儀測量精度的原因主要有：操作人員操作和記錄的問題；外在環境對全站儀儀器測量的影響；全站儀儀器自身未保養好或其他校準問題。為了提高全站儀在礦山測繪中的測量精度，需要注重操作人員的測量技術培訓和規范記錄；做好全站儀的保養和校準作業；減少外在環境對全站儀實際操作使用中精度的影響，借助新系統輔助全站儀進行測量作業。從以上幾個方面著手，可以有效減少礦區環境和人為因素對全站儀測量精度的影響，更有效地發揮全站儀在礦山測繪中的作用。