浅谈全站仪在矿山测量中的工程应用

高尚存

摘要：针对尼康532C全站仪技术参数及优点，通过实际工程应用，提出了全站仪在使用过程中的一些技巧，充分挖掘其功能，实现了测量内外一体化，提高了精度和效率。

关键词：全站仪 工程应用

袁店一井煤矿是淮北矿业“十一五”规划中的大型骨干矿井，也是安徽省“861”行动计划重点建设项目，矿井井田面积约37.22km2，可采储量1.3亿吨，设计生产能力180万吨/年。由于煤层赋存较深，地压较大，巷道掘进进尺较快，测量人员如何能够为井下生产做好测量服务是测量人员面临的挑战；如何较快的完成现场测量工作，保证无错误、提高效率，是测量人员首要解决的问题。

本文拟就尼康532C型全站仪的功能特点，以及在煤矿测量工作中的使用技巧进行介绍，充分挖掘全站仪功能，解决导线测量、施工放样、机载程序应用、仪器记录、信息一体化传输等功能并应用于实践，以提高工作效率和工作效益。

1 全站仪一般测量

在井下使用全站仪，首先在测站架设好仪器，然后打开仪器，选择或新建一个测量项目，运用建站，输入测站三维坐标、仪器高，再输入后视坐标，然后定向，完成建站后，即可进行一般测量工作。特别要注意在输入完坐标数据后即时瞄准后视点，或输完后视坐标数据及时提取方位角， 否则所测的结果将产生旋转或平移。按照《煤矿测量规程》要求导线水平角观测必须采用测回法进行，为了符合测回法要求，每站在完成“后、后、前、前”后，用建站（STN）里的“后视检查”进行后视检查，并按“ENT”记录，这样不仅可以发现仪器是否被碰动，也可以检查精度，发现超限，就应该重测。这样测回法就变成了“后、后、前、前、后”，也完全符合规程要求。

以前测量要素是水平角、距离、倾角，必须有专门记录本记录，而且很容易出现错误。使用全站仪时，我们测量元素就是三维坐标，只要从设计图上确定放样坐标，就可以很简单地进行拨门放线，贯通标定等测量工作，不需要繁琐的标定出方位和距离，而且测量可以在设计电子版图上进行校核，只需要查询坐标即可。三维坐标更能够说明清楚地理信息，同时为设计为生产为绘图使用提供方便，所以使用三维坐标直接进行信息交流存在很多优势，能够有效避免错误的发生。

2 全站仪悬挂棱镜法在矿山测量中的应用

全站仪的地面控制测量和矿山井下导线测量常规采用三架法，即利用3副三脚架、一台全站仪、两台棱镜（前、后视）进行导线测量的一种测量方法。这种测量方法可以满足各种工程测量精度的需要。但这种测量方法在矿山井下测量中存在一定的局限性，由于矿山井下作业空间小，测量导线点位一般都设置在巷道顶板上等特点，这种测量方法仪器设备多，操作方法繁锁，劳动强度大，作业时间长，对矿山正常生产造成一定的影响。我们通过井下测量实践，对全站仪导线测量三架法改用悬挂棱镜法进行导线测量，悬挂式棱镜能克服这些缺点而且能最短的时间内，准确、及时、快速地完成各项测量工作，减小对生产的影响并能满足测量工程的精度要求。

3 利用全站仪实现内外业信息一体化

外业采集数据后，通过全站仪仪器自动记录、计算，然后把测量数据传输到计算机上，这样外业数据全部实现仪器自动记录观测数据，观测完毕后以通讯方式把数据传输给计算机，原始数据（包括边长、水平角、倾角、觇标高、仪器高、三维坐标）可以直接打印出来保存，内业不需要计算处理。对于外业测图，可以对测量点进行加注地物代码和编码注记。坐标数据通过绘图软件CASS转换成Auto CAD图纸后，可以实现与矿图管理系统、CGIS软件等不同绘图软件之间的电子图纸转换，建立测量数据库。实现测绘信息内外业一体化，就是以数字形式实现测绘信息的获取、变换、传输、识别、存储、处理、显示、编辑修改并进行计算机输出，通过统一的数据载体和软件，达到测量数据共享的目的，实现无纸化流程。

4 碎部测量成图

由于井巷验收、设备安装、巷道变形严重、施工出现偏差等原因，经常需要对巷道、硐室、工作面的细部轮廓进行碎部测量，然后填绘成图。根据图纸，一方面可以检查施工巷道与设计之间的误差，监督评估工程质量情况，另一方面为轨道铺设、设备安装服务。如下图所示，在丈量完导线边长之后，将钢尺拉紧，然后用皮尺或小钢尺丈量巷道两帮特征点到钢尺（即导线边）的垂直距离b和垂足到仪器站点的距离（纵距）a。对于巷道顶底板标高测量必须先定位后，再测量出顶底板高差。

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使用传统的碎部测量方法，外业费时费工，内业处理繁琐。目前，许多单位在使用全站仪时，仍是口头读数、笔头记录，显然与先进仪器不相匹配。

使用全站仪进行碎部测量，简单便捷。仪器可以自动记录，另外使用微机数据传输、自动成图准确高效，具体操作步骤如下：

①建站：仪器对中整平后，输入测站三维坐标、仪器高，再输入后视坐标或方位，进行定向，完成建站。

②前视：一人持棱镜测量两帮特征点，观察巷帮变化处，放置棱镜，指挥仪器观测者进行测量。另一人把棱镜固定在塔尺合适位置测量顶、底板，指挥观测者分清顶板还是底板（放顶板时觇标高为负，放底板时为正）。

③记录：在全站仪自动记录的同时，要分清是帮部点、底板点或顶板点，对讲机及时与测站联系，测站输入不同的觇标高，帮部及腰线为0，顶板和底板为棱镜固定塔尺位置读数。侧站在记录时要区别不同的测量点，比如100内点号为顶板，100-200内点号为底板，200-300内点号为帮部，也可以自己制定代码，比如顶板点为1，帮部点为2，底板点为3，腰线点为4，轨道面点为5。

④下载：下载成图应用CASS软件，连接全站仪，打开CASS软件，设置好“数据”菜单内“读取全站仪数据”选项，要和全站仪设置一致，建立CASS坐标数据文件。

⑤绘制平面图：在CASS软件“绘图处理”中， “展野外测点点号”选中坐标数据文件，展出平面点位，连接帮部点，勾画巷道轮廓线，绘制平面图，要根据棱镜偏移巷道常数，并向巷道外偏移。

⑥绘制剖面图：在平面图内，把巷道旋转成水平，然后根据代码关上其他图层，只留底板和顶板图层，在巷道轮廓下画一水平线，从顶底板测量点向水平线做垂线。然后从垂足向下延伸测量点标高（减去大数）。连接延伸点就绘出了顶底板轮廓线，绘制剖面图。为了看的更清楚，纵横向使用不同比例。把平剖面图旋转成水平，粘贴成块，设置X、Y不同比例，然后分解块，再修改好字体、标注。

全站仪快速测量成图有以下意义：

①检查工程质量：把设计图粘贴到平、剖面图上，就可以很直观了解到实际成巷与设计巷道之间的差值，标注出宽度、高度与设计之差，就可以直观判定工程质量优劣，是否满足生产需要。也可以把硐室的基础设计图、设备图粘贴到平、剖面上，对设备选型、设备安装起到指导意义。也可以及时对不合格或变形严重巷道进行修复。

②指导生产：由于袁店煤矿井深800米，地压大，巷道变形严重，皮带机巷和轨道大巷变形不能满足使用，为了准确了解巷道变形情况，测量组采用尼康全站仪进行碎部测量，对照设计图纸，给生产决策提供第一手资料，通过调整皮带中心线方位和位置，大大减少了修复工程量，仅101运输石门就减少修复量达100米。对设备安装前及时对硐室进行碎部测量，发现不符合要求的地方，及时要求施工单位整改，避免设备安装不上的问题。

③提高精度：全站仪测量精度远远高于传统碎部测量精度，完全满足生产需要，同时不存在记录错误，读数错误、计算错误、点图错误，不需要现场绘制草图，实现数字化流程，保存修改传输方便。

④提高效率：三人一组就可以进行碎部测量，仪器观测1人，前视2人，1小时最快可以测量碎部点120个，大大提高了效率，减少体力劳动，减少了对生产的影响时间。

5 十字中线放设

在生产中经常要放设各种设备基础的十字中线，地面井筒的十字基桩，按照传统方法需要找出每个基础十字交点并架设仪器，而且对已经挖坑的基础没有办法架设仪器，就要偏移中线给施工带来不便。而使用全站仪只要架设一站就可以放出所有的十字中线，提高了效率和精度。具体步骤如下：

①首先放设好一条正中线（比如皮带中心线，提升中心线等），在中线上测设一点并架设全站仪，根据图纸算出仪器点到各个基础十字线的平距并记录下来。

②全站仪建站：仪器对中整平后，输入测站坐标为（0，0，0），瞄准中线点，输入后视方位为0，进行定向，完成建站。其实就是建立一个假定的坐标系统。使用悬挂棱镜测量得的X坐标为仪器点至基础中心距离时（不论Y坐标为多少），此时放样点即为十字中线上的点，就可把放样点打在巷道帮上。两巷帮上的连线即为垂直与基准中线的十字线。同样道理可以使用带气泡的迷你棱镜放样地面井筒的十字基桩。

6 中腰线标定与测量放样

首先要按照要求建站，输入站点、后视点的坐标、标高及仪器高。中线方位直接以HA转到设计范围就可以了，放腰线时把棱镜放在帮上测量棱镜位置标高，计算出与设计腰线之差，就可以直接定出腰线，不需要从后面延设了。对于放样拨门点、贯通点时，直接打开放样程序，输入要放样点的坐标和标高，按照仪器指示就可以轻松放出需要的点位、方位、标高。

7 利用机载程序

尼康全站仪内载程序很丰富，常用到的有多方向后方交会、快速建站、遥测高程等。坐标几何计算包括有导线计算，面积计算，反算等。如果放样点无法设点时，就可以用导线程序按照设计方位重新计算新的放样点。在现场，导线程序可以代替计算器进行计算。面积程序可以及时计算测量的面积，按照给定的面积进行现场标定位置。反算程序可以及时计算调整2点间的距离、方位。

附图：

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全站仪导线测量完全改变了传统测量工作方式，使测量工作零风险，减人增效，安全高效，解放生产力，经济效益和社会效益明显。

参考文献：

[1]鲁昕宜.全站仪在测量中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2011（03）.

[2]王霞.全站仪智能化在土地测量中的应用[J].价值工程，2011（10）.

[3]徐良骥，高永梅，张玉.全站仪在相似材料模拟实验中的应用[J].现代情报，2004（04）.