測(cè)量新技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

邱崇德

(福建煤電股份有限公司，福建 龍巖 364000)

礦山井下的測(cè)量環(huán)境比較黑暗、潮濕，空間狹窄，空氣的透視程度相對(duì)較低，同時(shí)測(cè)量所需要的設(shè)備也比較多，這無(wú)形中就增加了測(cè)量工作的難度。過去，我國(guó)煤礦井下測(cè)量主要使用經(jīng)緯儀測(cè)角、鋼尺量邊來(lái)對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間技術(shù)與信息處理技術(shù)的迅速發(fā)展，測(cè)量技術(shù)與測(cè)量?jī)x器不斷發(fā)展，我國(guó)的礦山井下測(cè)量工作也在發(fā)生著翻天覆地的變化?，F(xiàn)階段，全站儀與RTK 已經(jīng)在地面測(cè)量與井下測(cè)量中得到了普遍應(yīng)用，筆者通過這幾年對(duì)全站儀與RTK 的使用，領(lǐng)悟出了一些技巧與方法，現(xiàn)在總結(jié)出來(lái)，以期對(duì)大家的實(shí)踐工作有一定的借鑒意義。

一 全站儀、RTK 技術(shù)概述

全站儀，全稱為全站型電子速測(cè)儀。它是集光、電、機(jī)為一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器，能夠測(cè)量垂直角、水平角、距離以及高差，因?yàn)樗谝淮伟仓煤?，就能夠完成該測(cè)站上的全部測(cè)量工作，所以又稱之為全站儀，足以見得其功能的齊全。全站儀還具有放樣與采集儲(chǔ)存的功能，應(yīng)用起來(lái)非常方便，同時(shí)全站儀的精度也是相當(dāng)準(zhǔn)確的。全站儀測(cè)量原理主要包括以下幾個(gè)方面:電子測(cè)距儀測(cè)距、電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、電子經(jīng)緯儀測(cè)角以及電子補(bǔ)償器自動(dòng)補(bǔ)償改正等等(如圖1 所示)。

圖1 全站儀設(shè)計(jì)框架

RTK 全稱為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法，這種方法主要依靠的儀器是GPS，它能夠在野外實(shí)時(shí)獲得精確到厘米的測(cè)量方法。RTK采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，是GPS 應(yīng)用于測(cè)繪事業(yè)的重大突破，它的出現(xiàn)極大的提高了野外測(cè)量的效率，并且為地形勘探、工程放樣等測(cè)量控制帶來(lái)了曙光。

二 全站儀與RTK 在礦山測(cè)量過程中的應(yīng)用

(一)在普查、詳查階段的應(yīng)用

這一階段的應(yīng)用主要是指地質(zhì)人員依據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)數(shù)據(jù)資料，進(jìn)行整理，分析出這一區(qū)域內(nèi)成礦的條件，從而對(duì)有可能成礦的區(qū)域進(jìn)行劃定，然后再到實(shí)地去踏勘，對(duì)礦體露頭的位置認(rèn)真標(biāo)出。此時(shí)，我國(guó)可以利用全站儀與RTK 將坐標(biāo)勘測(cè)出現(xiàn)，并將這一坐標(biāo)標(biāo)注在地質(zhì)地形圖上，再針對(duì)露頭的位置，進(jìn)行勘探線、探槽以及鉆孔等工程。對(duì)于詳查階段，我們還需要利用全站儀與RTK 繪制大比例尺的地質(zhì)地形圖，再依據(jù)設(shè)計(jì)勘查的具體要求，對(duì)柱狀圖與剖面圖進(jìn)行繪制，進(jìn)而為下一步的估算與開發(fā)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(二)建井初期的應(yīng)用

依據(jù)國(guó)家、省市的相關(guān)規(guī)定，劃定探礦與采礦范圍，以及對(duì)實(shí)地勘測(cè)進(jìn)行定界。進(jìn)入施工階段時(shí)，要根據(jù)開發(fā)方案、施工方案以及實(shí)際勘測(cè)的數(shù)據(jù)，確定礦井的位置、辦公區(qū)域以及礦渣堆放的位置。架設(shè)線路、整平場(chǎng)地等施工過程都離不開全站儀與RTK.

(三)生產(chǎn)階段的應(yīng)用

1.對(duì)井下巷道的貫通情況進(jìn)行測(cè)量，指導(dǎo)技術(shù)人員進(jìn)行巷道開拓，并且對(duì)采掘現(xiàn)狀的圖紙進(jìn)行繪制。

2.國(guó)家職能部門，比如煤炭管理部門、國(guó)土管理部門利用全部?jī)x與RTK 對(duì)礦區(qū)審查，審查的內(nèi)容一般為是否存在違法開采的情況;礦井是否存在超層越界的情況;開采單位是否存在擅自更改設(shè)計(jì)方案的情況等等。

3.對(duì)礦區(qū)煤炭的儲(chǔ)量變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)督，從而為相關(guān)部門征收管理費(fèi)用提供數(shù)據(jù)。

三 全站儀與RTK 的優(yōu)勢(shì)

(一)全站儀的優(yōu)勢(shì)

1.測(cè)量更加簡(jiǎn)便。如圖2。

圖2 確定測(cè)量點(diǎn)位置

我們?cè)谶M(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，給中心是一項(xiàng)最為基礎(chǔ)的工作，如圖2 我們給出了C 點(diǎn)的方向，如果使用經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須將∠ABC 算出來(lái)，而使用全站儀，我們就可以設(shè)置高級(jí)應(yīng)用程序，在B 點(diǎn)架站，并且輸入A、C 點(diǎn)的坐標(biāo)，全站儀就能夠自動(dòng)撥角了，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。

2.誤差更小

我們可以從誤差傳播定律，推導(dǎo)出導(dǎo)線的最終邊方向誤差，其公式為:

由上面的公式我們就可以看出，點(diǎn)位、方位的誤差相應(yīng)的減少了，而且精度也高于鋼尺。

(二)RTK 的優(yōu)勢(shì)

一是作業(yè)的效率更高，通常情況下，RTK 只需一次設(shè)站，就可以對(duì)半徑為4 千米的測(cè)區(qū)進(jìn)行檢測(cè)。二是精度高，在RTK 的工作條件之內(nèi)，并且在半徑為4 千米的范圍之內(nèi)，其精度可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)。三是RTK 的自動(dòng)化程度高，測(cè)量功能非常強(qiáng)大，處理數(shù)據(jù)的能夠非常強(qiáng)。四是RTK 技術(shù)只需滿足“電磁波通視”即可，同時(shí)受氣候、能見度的影響較小。

四 以RTK 為例進(jìn)行精度分析

RTK 被廣泛應(yīng)用于礦山測(cè)量領(lǐng)域還是近幾年的事，對(duì)于一些年級(jí)較大的技術(shù)人員來(lái)講，短時(shí)間之內(nèi)還很難掌握其方法，而且對(duì)其準(zhǔn)確性也有所懷疑，下面筆者以某礦區(qū)的一級(jí)附合導(dǎo)線控制測(cè)量成果與RTK 復(fù)測(cè)進(jìn)行比較，探討RTK 的準(zhǔn)確性。

表1 導(dǎo)線控制測(cè)量與RTK 成果比較

從表1 的數(shù)據(jù)中，我們可以看出兩次測(cè)量成果的坐標(biāo)最大差值為279cm。我們可以推出RTK 完全可以滿足礦山的測(cè)量需要。

五 全站儀與RTK 在使用過程中的注意事項(xiàng)

(一)全站儀在使用過程中的注意事項(xiàng)

1.我們知道，隱蔽地區(qū)與帶狀地形適合在控制測(cè)量的過程中布設(shè)儀器導(dǎo)線;平面或者是高程控制一般可以同時(shí)進(jìn)行，但必須按照相應(yīng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算與測(cè)量，不必使用坐標(biāo)測(cè)量功能。一般工程測(cè)量之中的前方交會(huì)、后方交會(huì)、經(jīng)緯儀導(dǎo)線等等，其功能都比傳統(tǒng)測(cè)量更為精準(zhǔn)、操作也更為便捷。

2.我們?cè)诘匦螠y(cè)量的過程中，可以同時(shí)進(jìn)行地形測(cè)量與加密控制測(cè)量，但是需要注意的是連續(xù)加密絕對(duì)不能超過規(guī)定的數(shù)量(通常為六個(gè))，同時(shí)還要注意的是設(shè)置水平度盤的格式為右角、起始方位為后視方位。

3.在施工過程中，進(jìn)行放樣測(cè)量時(shí)，我們可以使用全站儀的放樣測(cè)量功能，對(duì)設(shè)計(jì)好的中線、建筑的實(shí)際位置設(shè)置到地面來(lái)作為施工的一個(gè)依據(jù)。如果知道了放樣點(diǎn)的距離與方位時(shí)，我們可以選擇極坐標(biāo)法;如果知道了放樣點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，我們可以選擇坐標(biāo)法。同時(shí)還要注意的是，我們?cè)谳斎霚y(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)、后視點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，還需要以測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行再一次確認(rèn)，在測(cè)量后視點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，要與已知后視點(diǎn)的坐標(biāo)加以核對(duì)。

(二)RTK 在使用過程中的注意事項(xiàng)

1.注意衛(wèi)星狀況的影響。由于RTK 的使用是受衛(wèi)星系統(tǒng)情況限制的，因此，我必須要注意測(cè)區(qū)的衛(wèi)星覆蓋情況。比如高山、林區(qū)、高樓密集地區(qū)是否存在遮擋。一旦出現(xiàn)了假值的問題，我們可以選擇RTK 測(cè)量成果質(zhì)量控制的相關(guān)方法進(jìn)行處理。

2.天空環(huán)境的影響。RTK 受天空環(huán)境的影響較為常見，所以在使用RTK 時(shí)，盡量不要選擇中午時(shí)間段，因?yàn)檫@一時(shí)間段受電離層的干擾非常強(qiáng)，而且共用的衛(wèi)星數(shù)量也非常少，所以我們要注意對(duì)作業(yè)時(shí)段進(jìn)行選擇。

3.存在高程異常的情況。RTK 作業(yè)對(duì)高程轉(zhuǎn)換的要求非常精確，這直接導(dǎo)致比如山區(qū)的誤差值較大，而且有一部分地區(qū)還是空白，因此我們必須要考慮到測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，來(lái)考慮是否使用RTK 進(jìn)行測(cè)量。

六 總結(jié)

綜上所述，目前全部?jī)x與RTK 已經(jīng)在礦山測(cè)量中被廣泛應(yīng)用，其功能齊全、操作簡(jiǎn)便、測(cè)量精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)也日益被人們所認(rèn)同。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，全部?jī)x與RTK 的功能必將更加完備，在推動(dòng)我國(guó)測(cè)繪事業(yè)發(fā)展方面，也將會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。

［1］鐘少波.基于礦山地形測(cè)量案例的RTK 一體化技術(shù)研究［J］.科技資訊.2011(08)

［2］常海.基于多種類型全站儀水平角數(shù)據(jù)手簿的建立［J］.黑龍江科技信息.2011(02)