全站仪自由设站在矿山测量中的分析与应用

张志龙

摘要：全站仪自由设站法是一种灵活快捷的施工测量方法。本文简述了全站仪自由设站测量方法在高效采切工程施工测量中的优越性，并对测站精度进行分析，论证最有利的图形条件，竟而指导和满足实际生产应用。

关键词：自由设站  井下测量  精度分析

前言 自全站仪诞生以来，它以其方便快捷的优势在测绘行业引起了一场自动化的革命，全站仪得到了迅速普及。全站仪以其快速三维坐标测量和定位功能，以及外业数据自动化采集、自动记录自动采集等特点，深得人们的青睐。随其附带软件功能的日益强大，全站仪自由设站功能使其拥有了更高效率和相对更高精度的优越性，特别是在井下分层测绘中的合理利用，可以解决受作业环境和测量空间的限制。

1、自由设站的优越性

第一：仪器设站不再是必须架设在已知点上，而且也不需要进行对中、量测仪高等繁琐的步骤，它让全站仪可以更自由的架设在工作方便的位置，给测绘作业带来了极大的便利，同时可以大幅提高效率。

第二：自由设站功能可以通过对尽可能多的已知后视点进行观测，通过机载软件的平差处理，得到精度可靠的设站点精度，最终保证了测量成果的精度。由于全站仪自由设站功能具有如上的优越性，所以在当前的公路、铁路、矿山、桥梁、水利等各行各业的工程建设中，得到了广泛的应用。

第三：近年来随着测绘新设备、新工艺的不断引近和推广，一种用于替代一井定向、二井定向、罗盘式的传统分层测量自由设站+手持激光三维扫描仪。此过程用全站仪自由设站法取代传统的一井、二井定向将运输巷道的控制点快速延伸到分层，在结合手持激光三维扫描仪快速采集实体空间三维坐标，进而完成对分层的快速建模。具有无需手动记录计算、数据采集数度快、建模精度高的特点。大屯锡矿1360中段1-66矿体北盘和1480中段1-70矿体、1510中段1-1、1540中段1-1矿体等多个矿体试用成功，特别是在有底部结构“空场法”矿体中应用具有以“一当十的”作用，顺应了建设数字化矿山的特点。

2、自由设站基本原理

2.1外业观测

在任意未知点（P）架设仪器，至少瞄准两个已知点（棱镜后视）A、B，观测P点到A、B点的平距及所有观测要素（水平角、垂直角、距离、仪高和目标高）如图1所示自由设站简单图示。

2.2自由设站法测站精度分析

根据观测边长S、观测水平角β、和已知边长S0 ，按正弦定理先推出∠B，在推算出αAP，然后按坐标正算公式求出测站P点的坐标。即：

由上表分析可知：（1）当S>S0时，P点在以控制点B为垂足AB垂线上时点位误差最大。应避免这种情况的发生，即不要选择S>SO的图形。（2）当S/S0<0.9 β>100时，点位精度较高。在实际应用过程中，观测角β越大越好，观测边S所对应的角越小越好。 （3）应用边角后方交会自由设站时必须应用独立的第三方向作为检核方向，以检核测站的实际精度。（4）当交会β角 一定时，即设站点位于以AB 为弦的圆弧上，设站点P离A、B 点越远，精度越高;随着交会角β 的增大，设站点点位精度也会相应地提高。当β > 90°时，P 点的点位精度就小于±1 cm，能够满足一般测量要求。以上的模拟计算分析假设AB 间距为300米井下的实际的应用中此距离会小于300米，仪器设站的精度会有较大幅度提高，能满足日常应用的要求。

2.3全站仪自由设站实例验证（符合导线）

实测路线分两段相向施测符合到同一条边，一段从1360向上，线路长820米，由原已知点B8273设站，后视点B8263;经19次设站测至BT8903和BT8904;另一段由1480向下线路长520米，由原已知点F4613设站，后视点F4583-2，经8次设站测至BT8903和BT8904;

4.结束语

1、全站仪自由设站法， 点位精度可满足一般工程放样的要求，为广大测量工作者带来全新的工作体验，在矿山测量中具有很强的实用性和推广应用价值;特別是在替代一井定向上，应用效果显著，可以较大程度上提高工作效率。

2、在全站仪自由设站中，设站点的精度不仅和已知点之间的距离、测距的固定误差和比例误差有关，而且和交会的图形条件密切相关。

3、对于要求精度高的交会点，应充分考虑已知点对交会结果的影响，以确保交会点的精度，同时每次自由设站都有必要第三方检核条件，以满足实际测量的需要。

4、当采用 S<0.9S0，且交会角β>100°时，交会图形条件最为有利。

主要参考文献

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