井下三角高程測量精度優化方法

曾志敏

（大同煤礦集團華盛虎峰煤業有限公司， 山西 河津 043302）

引言

在測量傳統方法中，普遍習慣性選擇運用水準測量法，相關工作人員選擇水準測量法的原因在于其精度高于三角高程測量的精度。因為相關規定準則明確指出，水準測量法應當在平巷中使用，而在其他特殊環境因素的影響下，可以適當選取三角高程測量或水準測量法。由于礦山中大多數地形為水平巷道，大多數測量都選擇使用水準測量法，但其施工時間較長，嚴重影響了測量的效率。

1 高程測量方法及特點

在井下開展高程測量能夠有效測定出各種巷道、車場、銅室、礦體等在豎直方向上的位置和相互關系，便于提供各種采掘工程所需的數據。在礦山、礦井測量中，傳統方式通常采用水準測量和三角高程測量兩種方法，而在工作中受到實際因素的影響很難正確選擇出有效測量方法，若方法不準確容易引起測量精度不精確，無法達到生產的需求和工業施工上的標準。

三角高程測量和水準測量為礦井下經常使用的兩種測量方法。由于在大多數情況下，三角高程測量的精度低于水準測量的精度，在主要巷道中規定使用水準測量方法。三角高程測量具有靈活性和便捷性，能夠與導線測量同時進行，節約大量的時間，并且不會受到地形條件的限制。但是三角高程測量也存在著一些缺點。例如，在測量時需要量取儀器高和棱鏡高，測量精度相對較低等。但新的三角高程測量法，經過實際應用后取得了全面、準確的結果[1]。

2 等高四架法

2.1 等高四架法操作方法

等高四架法與普通的三架法觀測的操作方法相類似，都是同時使用具有相同基座的四個架腿，不需要移動架腿和基座，僅需要將棱鏡和儀器在不同基座之間相互轉移，在點對點的測量中安排少數工作人員即可，節省了工作人員對點各個視點工作的時間，有效提高了工作效率。具體操作如圖1所示。

圖1 等高四架法操作示意圖

1）首先將儀器安置在B點上方，將棱鏡分別設置在A、C兩點上，將A、B、C三點進行對中整理，之后進行觀測，同時對點工作人員需要將基座和第四個腳架與D點對中整平。

2）在上述觀測結束后，應當將B點的基座取出并安全、迅速地轉移到C點位置，安放在C點基座上，后視人員需要將棱鏡從A點轉移至B點的基座上，負責前視工作的人員應當將棱鏡從C點轉移到D點基座上面，經過精確平整B、C、D三點之后，可以進行第二站的相關操作。

3）負責傳遞工作的相關人員應當及時將A點測量出的詳細數據匯報給對點相關的工作人員，便于位于E點調整工作的實施。通過反復循環，直至指導線測量工作完畢。

2.2 等高四架法的優勢

1）測量速度更快，所需操作時間較短。在觀測前能夠對基座上安置的儀器直接觀測，無需等待對中整平，能夠有效縮短測量所需的時間。

2）不需要頻繁量取儀器高度，避免在傳遞過程中造成誤差。在測量過程中，不需要測量儀器高度，使用高程的傳遞不會受到測點站儀器高度測量誤差的影響。

3）使用帶基座的單棱鏡作為前后視棱鏡。能夠在觀測數值角度時得到更高的精度，同時能夠有效提升三角高程測量的精度。避免傳統使用導線測量受到風力作用，產生誤差，影響測量結果精度。

4）不會受到外界因素的影響。所有的測量儀器都處于同一基座上，各個儀器的高度處于同一水平線上，不需要再對儀器高度、測前視高進行測量，同時還能避免測量中的失誤造成結果不精確，極大提升了測定的高程精度[2]。

3 全站儀對向觀測

測定高差時需要針對往返兩次觀測高差hAB的平均值作為最終結果。其公式為：

式中：S往、S返分別為往返觀測的斜距；α往、α返分別為往返觀測的豎直角；i往、i返分別為往返觀測時的儀器高；l往、l返分別為往返觀測時的棱鏡高；R為地球半徑，取6 371 km；K往、K返分別為往返觀測時的大氣折光系數，K往、K返一般不相等，此處取相等；S往cosα往和S返cosα返同為兩點間的平距，可認為近似相等，所以有：

所以全站儀對向觀測三角高程高差的計算公式：

假設 L往=i往-l往，L返=i返-l返，從而 L 可視為一個新的獨立值。根據誤差傳播定律，可知：

式中：ma往=ma返，ma往=ma返=ma，S往=S返=S，mL往=mL返=mL，α往=α返=α，ρ=206 265。

井下氣溫及大氣壓強等氣象條件相對穩定，由上面公式可知采用對象觀測進行三角觀測高程測量可以抵消地球曲率及大氣折光的影響，從而提升三角高程的精度，與單向觀測相比具有明顯的優勢，測量數據更精確[3-4]。

4 結語

與傳統水準測量相比，三角高程測量的設站次數明顯減少，并且不受到外界自然因素及其他因素的干擾限制，在布置整體測量及其設備布置當中速度明顯提高。通過將合理的設架方法與三角高程測量進行有效配合使用，能夠使其比傳統三角高程測量擁有著更為精準的測量結果，并能有效減少測量當中容易發生的錯誤。通過在井下大型貫通測量的應用分析，相關工作人員將等高四架法與對向觀測相結合運用，不僅完全達到了相關測量標準的要求，且徹底打破傳統測量思維方式及實際操作的限制，使測量操作更為靈活性、準確性，從而有效縮短了相關工作人員測量時所需要的時間，提升了工作效率。