全站仪三角高程在矿山测量中的应用
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摘要：全站仪三角高程测量以速度快、误差小、易于操作等特点，得到广大测量工作者的广泛认可，本文主要论述全站仪三角高程在矿山测量中的应用。
关键词：全站仪；三角高程；矿山测量
中图分类号：TU74文献标识码： A
引言
高程测量根据使用仪器不同可分为三角高程测量和水准测量，长期以来，我国的矿山企业在高程测量中主要以水准测量为主，而水准测量由于受到地形的限制，工作量很大，且易于出错、效率很低。随着矿山企业生产规模的日益扩大，传统的高程测量方法已无法满足矿山企业对测量速度的要求，而全站仪三角高程测量克服了传统高程测量的诸多缺点，很快在矿山企业中得到广泛应用，并在应用中不断地得到发展。
1、全站仪简述
全站仪是一种将光、机、电集为一体的一种新型测角、测距仪器，也可以称为电子测速仪。它集测角量边为一体，利用微处理器控制自动测距、测角，并自动计算水平距离、高差、坐标等，另外还有自动记录数据的功能，所以全站仪在目前的矿山生产测量工作中的应用极其广泛。全站仪在矿山生产测量中的特点：
1.1、测量的精度极高。以往传统的测量仪器会受多方面因素的影响，降低测量的精度，影响矿山生产质量与进度。利用全站仪，减少了测站的数量，也提高了测量的精度；
1.2、测量程序简单。利用全站仪进行测量时，只需一次照准棱镜就能够测出平面的坐标与所需要的其它数据，再将数据记录好之后通过主机或者其它设备与外部设备建立连接，实现数据交换，形成自动化测量系统；
1.3、稳定性较高。全站仪能够利用内部自动补偿器纠正观测角度的误差，保证测量精度，改善由人为因素造成的数据误差问题，也降低了测量人员的工作量。在矿山生产测量中应用全站仪具有以下功能：测量追踪，实时追踪测距与测角；动态测量，可以对测量的距离与角度进行同步连续的测量；坐标式测量，在找到已知点后架设全站仪，根据测点与定向点的位置观测任意目标，得到需要的目标点坐标值；悬高式测量，将反射镜置于悬物垂点下，观测棱镜，再抬高望远镜找准悬物，得出地面与悬物的垂直高度；对边式测量，能够有效的得出棱镜点和测站点之间的高差；按距离放样，比较设计距离与实际距离的差值，将该距离放置实地；以坐标放样，就是按照仪器的坐标点与后视坐标点实施三维坐标的放样工作；高程法测量，利用全站仪的特点得出未知位置高度；参数设置，利用全站仪可以对气压、温度、棱镜常数等进行参数设置。
2、全站仪三角高程测量原理
计算高差公式如图1所示，A为已知高程，B为未知高程，为求B点高程，须观测A、B两点的高差。先将全站仪安置在Ａ点，量仪器高为i，Ｂ安置全站仪的棱镜，棱镜高为l。
图1 测量示意图
由图1得出A、B两点的高差为
由于A、B两点间的距离与地球半径的比值很小，故可认为∠PNM=90°，在PNM中:
式中:为照准棱镜中心的竖直角，S为A、B之间斜距，c和r为地球曲率和大气折光的影响:
式中:R为地球半径，R’为光程曲线PQ的曲率半。设称为大气折光系数，那么
所以即考虑了球气差的单向观测计算高差的基本公式。由B观测A点的高差式中的参数同上。如果是在相同的观测条件下进行，特别是在同一时间进行对向观测，可以认为K和S都近似相等。
3、全站仪在矿山测量中的具体应用
3.1、井上矿山工程的测量。
3.1.1、悬高测量
在进行矿山测量时尤其是在进行露天矿山测量时，常会在某些区域遇到过高的台阶使得棱镜无法到达，如输电电线实际高度是否满足安全距离；某一硐口标高设计合理与否；在现场应另寻更为经济可靠、施工便捷的入口位置；在扩建尾矿坝库容时合理进行水位点数据的测量等，以上工作均可借助全站仪的免棱镜测量来完成。
3.1.2、露天矿开采工程的测量
在进行露天矿地表工程的测量时，地表矿山要求的测量精度全站仪免棱镜完全可以满足，在进行测量时需综合考虑地质情况，并配合采矿技术人员对矿体进行圈定点位测量，并要对矿量进行定期的核算。露天矿开采工程测量是一项系统性的工作，基础测量必须完成矿区范围的地形测量，地形图是进行一切后期工程的基础，以本公司为例，在有了基础地形图的基础上，再利用支导线、边角交会法等配合CASS7.0测绘软件在CAD平台上进行制图，完成后期的计算工作。
3.1.3、工程放样测量
设计单位以矿区地形图为依据，总体规划矿区，例如生活区、竖(斜)井井口及井塔楼位置、选场建筑位置、尾矿库区位置、矿山道路等工程实施都要依赖于工程放样测量。在进行施工时，需要进行工程量的核算，此时要进行数据放样，在数据采集的测量工作中，全站仪具有十分重要的作用。
3.2、三角高程测量
对高程的测量在工程施工中是极为常见的，水准仪测量与三角高程测量这两种传统的高程测量手段已经不能满足实际需要了。水准测量是直接测高法，这种测量法测量的精度较高，但是受地形限制较大，测量速度较慢；三角高程测量法是间接测高法，不受地形限制，测量速度较快，但是测量精度较低，测量时要量取仪器高、棱镜高，应用起来比较麻烦。随着全站仪的在矿山生产中的应用，利用跟踪杆协助全站仪测量高程的方法被普遍应用，改善了三角高程测量的缺点。矿山高程测量时可以采用单、双向观测，竖直角观测最好是一个测回以上即可满足精度要求。
设计单位以矿区地形图为依据，总体规划矿区，例如生活区、竖(斜)井井口及井塔楼位置、选场建筑位置、尾矿库区位置、矿山道路等工程实施都要依赖于工程放样测量。在进行施工时，需要进行工程量的核算，此时要进行数据放样，在数据采集的测量工作中，全站仪具有十分重要的作用。
用全站仪三角高程测量方法代替水准测量,方法简单易行,测量速度较传统方法快的多,为今后快速、准确建立高程控制网提供了又一新的途径。采用全站仪中点法测量高程,相邻两点间可以不通视,可灵活选取测站点位置,测站不需对中, 不量仪器高,可节约时间,降低劳动强度,较对向观测更具明显优势。若要进一步提高精度,尽量使前后视距相等。全站仪单向高程测量时,尽量进行近距离观测,同时竖直角不能太大,并进行盘左盘右观测,可消除一些系统误差的影响,并在一定范围内可代替四等水准测量。
4、矿山生产测量过程中应用全站仪的注意事项
随着测量技术的提高，全站仪在矿山生产过程中已经被大范围的应用，在利用全站仪时应当注意以下事项：
4.1、在利用全站仪进行光电测距并改正测距常数时，由于反光镜的不同，常数也就不同，测量时要反复检查改正的常数与使用的反光镜是否匹配；
4.2、在使用记录本记录距离时，要确定显示的距离是斜距还是平距；
4.3、当在潮湿的工作环境中结束作业时，需要用软布将仪器表面的水分和灰尘擦干后再进行装箱；
4.4、在三脚架上架设仪器时，最好选用木制的三脚架，因为利用金属三脚架会产生一定的振动，影响测量的精度；
4.5、在搬站之前，要先检查仪器和脚架之间连接的牢固性，搬运时也要关住制动螺旋，这样可以减少仪器被搬动时的晃动现象。
4.6、其他事项，四等水准测量在井巷工程中可以完全由全站仪高程测量来代替，在进行测量时应按照要求将仪器安置整平，测量时需将两个棱镜高度保持一致，如只用一个棱镜会有更好的效果。在无需对棱镜高和我仪器高进行量取的情况下，即可获得较好的高程测量精度。一般来说，全站仪测量的精度基本能够满足矿山测量中的需要，但在进行等级测量时，观测、检核、记录、平差计算等步骤仍需严格遵守规范要求来进行。
5、结语
由于现在矿山建设的不断发展，对矿山的开采技术提供了更高的要求。在矿山生产中，测量工作关系到整个矿山工作的进度与质量，因此全站仪在矿山生产测量中的应用就极大程度的改善了矿山测量中存在的问题。在矿山生产测量中应用全站仪进行高程测量、放样测量、悬高测量等，减少工作人员的工作量，提高测量的精准度，保证施测工期与质量。同时利用全站仪的电子自动测角、测距功能，改善了技术人员人工读数的误差问题，从而提高了工作效率。由于全站仪在矿山生产测量应用中体现出的技术优势，要求技术人员要积极推广应用该技术，发挥全站仪的特殊作用，为矿山的安全生产提供有力的保障。
参考文献
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