全站儀自由設站在礦山測量中的分析與應用

張志龍

摘要：全站儀自由設站法是一種靈活快捷的施工測量方法。本文簡述了全站儀自由設站測量方法在高效采切工程施工測量中的優越性，并對測站精度進行分析，論證最有利的圖形條件，竟而指導和滿足實際生產應用。

關鍵詞：自由設站 ?井下測量 ?精度分析

前言 自全站儀誕生以來，它以其方便快捷的優勢在測繪行業引起了一場自動化的革命，全站儀得到了迅速普及。全站儀以其快速三維坐標測量和定位功能，以及外業數據自動化采集、自動記錄自動采集等特點，深得人們的青睞。隨其附帶軟件功能的日益強大，全站儀自由設站功能使其擁有了更高效率和相對更高精度的優越性，特別是在井下分層測繪中的合理利用，可以解決受作業環境和測量空間的限制。

1、自由設站的優越性

第一：儀器設站不再是必須架設在已知點上，而且也不需要進行對中、量測儀高等繁瑣的步驟，它讓全站儀可以更自由的架設在工作方便的位置，給測繪作業帶來了極大的便利，同時可以大幅提高效率。

第二：自由設站功能可以通過對盡可能多的已知后視點進行觀測，通過機載軟件的平差處理，得到精度可靠的設站點精度，最終保證了測量成果的精度。由于全站儀自由設站功能具有如上的優越性，所以在當前的公路、鐵路、礦山、橋梁、水利等各行各業的工程建設中，得到了廣泛的應用。

第三：近年來隨著測繪新設備、新工藝的不斷引近和推廣，一種用于替代一井定向、二井定向、羅盤式的傳統分層測量自由設站+手持激光三維掃描儀。此過程用全站儀自由設站法取代傳統的一井、二井定向將運輸巷道的控制點快速延伸到分層，在結合手持激光三維掃描儀快速采集實體空間三維坐標，進而完成對分層的快速建模。具有無需手動記錄計算、數據采集數度快、建模精度高的特點。大屯錫礦1360中段1-66礦體北盤和1480中段1-70礦體、1510中段1-1、1540中段1-1礦體等多個礦體試用成功，特別是在有底部結構“空場法”礦體中應用具有以“一當十的”作用，順應了建設數字化礦山的特點。

2、自由設站基本原理

2.1外業觀測

在任意未知點（P）架設儀器，至少瞄準兩個已知點（棱鏡后視）A、B，觀測P點到A、B點的平距及所有觀測要素（水平角、垂直角、距離、儀高和目標高）如圖1所示自由設站簡單圖示。

2.2自由設站法測站精度分析

根據觀測邊長S、觀測水平角β、和已知邊長S0 ，按正弦定理先推出∠B，在推算出αAP，然后按坐標正算公式求出測站P點的坐標。即：

由上表分析可知：（1）當S>S0時，P點在以控制點B為垂足AB垂線上時點位誤差最大。應避免這種情況的發生，即不要選擇S>SO的圖形。（2）當S/S0<0.9 β>100時，點位精度較高。在實際應用過程中，觀測角β越大越好，觀測邊S所對應的角越小越好。 （3）應用邊角后方交會自由設站時必須應用獨立的第三方向作為檢核方向，以檢核測站的實際精度。（4）當交會β角 一定時，即設站點位于以AB 為弦的圓弧上，設站點P離A、B 點越遠，精度越高;隨著交會角β 的增大，設站點點位精度也會相應地提高。當β > 90°時，P 點的點位精度就小于±1 cm，能夠滿足一般測量要求。以上的模擬計算分析假設AB 間距為300米井下的實際的應用中此距離會小于300米，儀器設站的精度會有較大幅度提高，能滿足日常應用的要求。

2.3全站儀自由設站實例驗證（符合導線）

實測路線分兩段相向施測符合到同一條邊，一段從1360向上，線路長820米，由原已知點B8273設站，后視點B8263;經19次設站測至BT8903和BT8904;另一段由1480向下線路長520米，由原已知點F4613設站，后視點F4583-2，經8次設站測至BT8903和BT8904;

4.結束語

1、全站儀自由設站法， 點位精度可滿足一般工程放樣的要求，為廣大測量工作者帶來全新的工作體驗，在礦山測量中具有很強的實用性和推廣應用價值;特別是在替代一井定向上，應用效果顯著，可以較大程度上提高工作效率。

2、在全站儀自由設站中，設站點的精度不僅和已知點之間的距離、測距的固定誤差和比例誤差有關，而且和交會的圖形條件密切相關。

3、對于要求精度高的交會點，應充分考慮已知點對交會結果的影響，以確保交會點的精度，同時每次自由設站都有必要第三方檢核條件，以滿足實際測量的需要。

4、當采用 S<0.9S0，且交會角β>100°時，交會圖形條件最為有利。

主要參考文獻

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