提升全站仪在矿山测绘中测量精度的研究

提升全站仪在矿山测绘中测量精度的研究

苏林翔

云南锡业股份有限公司大屯锡矿 云南 个旧 661000

摘要：全站仪是一种高技术精密测量设备，该仪器将光、电、机集为一体[1]。当前在矿山测绘中应用较广，在矿山测绘中使用该仪器能为开采煤矿提供基础性数据和资料支持。但由于煤矿区地质条件和开采条件较北方更艰难，导致全站仪在矿山中的应用也一定程度受限，实际测量精度也有明显差异，而全站仪提供的数据不够精准，也会使得矿山工作人员开采作业风险的增加。因此有必要根据特殊的地质条件调整和优化全站仪的使用。

关键词：全站仪；矿山测绘；测量精度

随着现代化安全高效矿井建设的不断深入，国家对绿色开采、矿山地质环境监测和治理提出了更高要求，必须加强矿山测量工作的准确性、实效性和全面性。全站仪是测量自动化衍生的产物，是集光、机、电为一体，集经纬仪测角、钢卷尺测距、高差测量等测绘基础功能于一身的高技术测量仪器，测量方法便捷、测量精度较高，能够实现远距离、多种环境下、多方面的测量任务，为矿山建设提供可靠的测量信息数据，成为现代矿山测量最主要的测量设备。

1全站仪的基本测量原理

众所周知，测量的基本任务包括水平距离测量、水平角测量、竖直角测量、高差测量。与传统测量方法相比，全站仪可以实现一次安置仪器完成测站上全部的测量工作，使距离测量、角度测量操作简单化和便捷化，且能够在一定程度上避免读数误差的产生。这是全站仪独树一帜的强大特点，而这一特点的支撑在于仪器本身特殊的部件结构。为了做到一次瞄准实现全部基本测量要素的测定功能，且保证测定结果的准确性，全站仪望远镜实现了视准轴、测距光波发射和接收光轴的同轴化，以及全站仪双轴自动倾斜补偿，即全站仪的基本测量原理。1）全站仪同轴化。同轴化实际是针对望远镜来说的，在全站仪望远镜与调焦透镜之间设置了分光棱镜系统，当观测者通过望远镜瞄准目标，望远镜十字丝中心与棱镜或其他目标中心重合时，不仅可以通过全站仪提供的可视化屏幕进行水平角度、垂直角度读数，也可以根据测距光波发射和接收光轴的同轴化原理，测定光波发射和接收时间差，间接计算全站仪望远镜中心与目标中心之间的距离，实现水平角、垂直角、距离等全部基本测量要素的测定功能。而根据全站仪自身附带的强大、便捷的数据处理功能，使全站仪应用更为便捷。2）双轴自动补偿。全站仪主要轴线包括视准轴、横轴、水准管轴、仪器竖轴等，而当仪器竖轴倾斜，会引起角度观测误差，且不能通过一测回盘左、盘右角度观测取中进行消除。为了提高测角精度，降低竖轴倾斜对角度测量引起的误差，全站仪安置了特有的倾斜自动补偿系统，对竖轴倾斜进行自动监测，并对因倾斜造成的角度误差进行自动补偿和改正，进而保证观测精度。

2全站仪在矿山测绘中的操作方法

目前矿山中使用全站仪进行测量作业，主要是进行水平角、距离和导线测量等方面的作业。其中全站仪在进行水平角测量时主要是通过其角度测量功能分别对第一和第二目标点进行读数盘清零后的测量，测量水平角相对简单。全站仪测量距离时，由于受外在影响较大，因此需要先对外在环境进行评估，包括气象情况，是否大风、气温如何，气压值多少等方面。随后根据评估的数据情况调整全站仪测量设置，在进行测量时，常使用精准模式，在全站仪测量距离时，精准度最高的模式是脉冲相位比较式，该方式既能满足远程测距又能有较高的精度。由于煤矿区域地质灾害较多，在进行矿山开采后，极易发生开采沉降和山体滑坡等情况，因此在实际测量作业时，需提前对矿区基本情况进行评估，在进行矿山测量作业时，根据矿山的沉降程度和地质破坏程度确定测量的范围和相关参数，有利于减少矿区恶劣环境对测量精度的影响。

3提升全站仪测量精度的途径

3.1提升技术人员的操作技能

由于全站仪的功能较为丰富，相关零部件较为脆弱，因此需要对技术人员进行全站仪仪器的全功能详细培训，并就日常使用的功能进行详细讲解和操作考核，确保操作人员熟练有效地掌握操作方法。同时，需就全站仪使用的注意事项进行针对性讲解，尤其是确定全站仪设备连接处接口是否松动，确定测量角度时也应根据井下环境进行调整，使全站仪能处于较为安全的环境进行测量作业。为确保操作的统一流程化，培训操作人员在进行测量作业时，先根据井下环境确定全站仪的放置位置，确认全站仪的测量范围，通讯信号的强弱，对通讯信号较弱的位置进行适当地调整，使全站仪能处于较为合适的位置，且保持通畅的通讯信号以确保数据的正常传输。全站仪在矿区使用时受外在因素影响较大，但全站仪设备自身无法根据环境的变化或恶劣的环境，调整设备的测量重点，因此需要技术人员有足够丰富的测量经验，能对测量环境中的各种可能影响精度的因素进行评估，并采取相对应的措施减少其对精度的影响。除此之外，为了降低人为测量导致的数据误差，在确定实际测量数据时，采用多次测量的方法对多次测量的数据求平均后取值。

3.2严格做好全站仪的校准和保养工作

在矿山测量中受外在环境的影响，尤其是天气、风力和能见度等影响，全站仪的测量误差越来越大。因此全站仪需要根据使用的时间、使用具体地点等适时对全站仪进行校准，使在使用全站仪之前能消除全站仪自身的误差，同时对于在煤矿区域使用较为频繁的全站仪，一方面需要做好全站仪使用后的保养工作，另一方面，为避免全站仪长期处于工作状态下，零件等受损影响测量准度，需要多个全站仪交替使用。全站仪应由专人负责保管，对其使用和非使用状态有详细的记录，避免全站仪处于非正常的高频使用状态中，进而影响测量精度。测绘现场使用后应及时将全站仪带回，避免全站仪长时间非工作状态处于矿区环境中。由于测量仪器一旦受潮将极大程度影响测量精度，因此保管人员需保证全站仪在未使用状态下保持干燥状态，且将全站仪放置在固定位置。

3.3减少环境因素对测量精度的影响

井下测量环境会对测量精度产生不同程度的影响，需要根据不同的环境情景调整全站仪的使用，对于井下风大的情况，需要在进行测量时，配备挡风仪，减少风力对测量的影响；而井下能见度较低时，需适时调整测量范围，通常而言，测量距离越近，测量的准确度越高。尤其在能见度较低的情况下，更需要缩短测量距离。在进行测量作业之前需要使用专业工具对井内环境进行评估，包括风力大小和方向；井内的压力状态；干湿程度和粉尘情况，并根据井内环境的情况作出针对性的预判，根据基本环境情况确定仪器放置位置和测量范围。尤其需要注意放置仪器时要使其偏心距偏小，构成角偏小，尽可能降低环境对测量精度的影响。

3.4引进新系统辅助测量

为了提高全站仪的精度，减少其他因素对其精度的影响，需要引进具有实时动态测量功能的系统，将其自身的GPS测量功能和数据传输等与全站仪工作全过程相结合，从而使全站仪能在最大程度上适应矿山的不同地理环境和多变的天气环境。矿井下测量工作的要点是确定煤巷道方位的定向，并在恰当的时机使用陀螺全站仪，通过测陀螺边的方式，能够较大程度提升导线的精度，为井下测量提供可靠的技术保证和数据支撑。因此在进行测量作业时极易受到影响，其中在应对矿井下风力较大、能见度较低时，可以使用防震球，帮助全站仪确定基准点和后续测量作业，从而降低矿井内不良环境对全站仪测量精度的影响。

4结语

全站仪因其具备同轴化、双轴倾斜补偿、光电编码度盘、高精度测距方式、以及涵盖的多样化自动测量系统等独特优势，在矿山测量中得到广泛应用。然而，由于矿山测量工作条件限制以及全站仪集成自动化的特点，为了避免在测量作业过程中出现问题，应当严格按照相关规程规定，加强对全站仪的日常检测和校正，持续提升仪器操作水平和解决问题的能力。

参考文献

[1]彭志伟.基于全站仪的矿山沉降测绘方案优化研究[J].山东煤炭科技，2020，38（12）：186-188.

[2]王俊福，王昭.全站仪在矿井巷道贯通测量中应用实践[J].当代化工研究，2021（13）：100-101.