CASIO fx-5800P計(jì)算器在一井定向測(cè)量中的應(yīng)用

劉吉波，任傳建，王志紅

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 礦業(yè)工程學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700）

隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，測(cè)繪數(shù)據(jù)處理越來(lái)越依賴各種工具軟件和計(jì)算程序。由于可編程計(jì)算器小巧便攜，功能強(qiáng)大，對(duì)使用環(huán)境要求不高，在很多測(cè)繪工程中，尤其是外業(yè)作業(yè)過(guò)程中依然具有不可替代的重要作用。刁芹元、楊川、王峰、田百東等利用卡西歐計(jì)算器編程實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)方位角推算、支導(dǎo)線計(jì)算和閉合導(dǎo)線計(jì)算等功能[1-4]。曹智輝編程解決了礦山貫通測(cè)量中的相關(guān)計(jì)算問(wèn)題[5]。何昭平、梁雪飛、何名燈、李仕玲等在線路測(cè)量中進(jìn)行了工程應(yīng)用[6-9]。利用CASIO fx-5800P 可編程計(jì)算器編寫程序，實(shí)現(xiàn)礦山一井定向測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算，從而確保計(jì)算的準(zhǔn)確性，提高作業(yè)效率。

1.一井定向基本原理

在礦山等地下工程施工時(shí)，為了將地面（或高水平）的坐標(biāo)系統(tǒng)傳遞到井下（或低水平），通常需要進(jìn)行礦井一井定向測(cè)量，定向原理如圖1 所示。圖中，C、D 兩點(diǎn)為地面上（或高水平）的已知坐標(biāo)點(diǎn)，A、B 為豎井井筒中投點(diǎn)鋼絲的垂直投影位置，C1、D1、E 三點(diǎn)為井下（或低水平）待求坐標(biāo)點(diǎn)。進(jìn)行一井定向測(cè)量時(shí)，在C 點(diǎn)上架設(shè)全站儀，分別測(cè)量角度∠DCA 和∠ACB（簡(jiǎn)記為γ），同時(shí)丈量邊CB、CA、鋼絲AB 間的水平距離，分別記為a、b 和c。同理，在井下分別測(cè)量角度∠D1C1B、∠AC1B、∠C1D1E 和水平距離a1、b1、c1、C1D1、D1E。分別解算井上下連接三角形后得到三角形邊長(zhǎng)平差值和三個(gè)內(nèi)角值，通過(guò)計(jì)算支導(dǎo)線DCABC1D1E 即可獲得C1、D1、E 點(diǎn)的坐標(biāo)[10]。

圖1 一井定向測(cè)量原理示意圖

2.連接三角形解算

程序代碼：連接三角形△ABC 邊長(zhǎng)和角度的平差計(jì)算是進(jìn)行一井定向測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接決定定向成果是否符合規(guī)范要求，決定一井定向作業(yè)效率高低。根據(jù)余弦定理，可以得到鋼絲間距離的計(jì)算值，計(jì)為C計(jì)，d=C丈－C計(jì)為計(jì)算值和丈量值之間的差值，按Va=－d/3、Vb=＋d/3、Vc=－d/3 分別對(duì)△ABC 邊長(zhǎng)a、b、c 進(jìn)行改正計(jì)算。利用改正后的邊長(zhǎng)，根據(jù)正弦定理分別計(jì)算∠CAB 和∠CBA 的值，最后計(jì)算△ABC 內(nèi)角和是否等于180°，對(duì)三角形解算的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，利用fx-5800P 計(jì)算器編寫如下計(jì)算程序[11]。

子程序1 名稱為COUNTC，程序功能為利用余弦定理計(jì)算鋼絲之間的水平距離，計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)于變量J，程序代碼如下：

子程序2 名稱為ADJUST，程序功能為對(duì)三角形三條邊長(zhǎng)進(jìn)行平差計(jì)算，計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)于變量A、B 和C，程序代碼如下：

子程序3 名稱為ANGLEA，程序功能為根據(jù)正弦定理計(jì)算∠CAB，存儲(chǔ)于變量X，程序代碼如下：

子程序4 名稱為ANGLEB，程序功能為根據(jù)正弦定理計(jì)算∠CBA，存儲(chǔ)于變量Z，程序代碼如下：

子程序5 名稱為SUMANGLE，程序功能為計(jì)算連接三角形三個(gè)內(nèi)角之和，計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)于變量S，代碼如下：

子程序6 名稱為MAB，程序功能為計(jì)算∠CAB 和∠CBA的中誤差，分別存儲(chǔ)于變量E 和F，程序代碼如下：

主程序名稱為COUNTTRIANGLE，程序功能為輸入觀測(cè)邊長(zhǎng)a、b、c，角度γ 及測(cè)角中誤差mγ，調(diào)用子程序1～6進(jìn)行連接三角形解算，并輸出三角形邊長(zhǎng)平差值、鋼絲間距離計(jì)算值和不符值、三角形三個(gè)內(nèi)角值及其和值、∠CAB 和∠CBA 的中誤差，程序代碼如下：

連接三角形解算實(shí)例：某一井定向連接三角形，其三條邊長(zhǎng)分別為a=1.896m，b=3.346m，c=1.450m，夾角γ=1°10′24″，測(cè)角中誤差mγ=4.8″，則利用程序解算如下：

按FILE 鍵，從程序文件列表中選擇“COUNTTRIANGLE”，按EXE 鍵執(zhí)行程序。

3.支導(dǎo)線計(jì)算

程序代碼：利用上述程序分別對(duì)井上下兩個(gè)連接三角形計(jì)算后即可進(jìn)行導(dǎo)線DCABC1D1E 的計(jì)算，為此如下編寫程序[11]。

子程序1 程序名稱為ORIENTP1P2，程序功能為根據(jù)給定兩點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算兩點(diǎn)間坐標(biāo)方位角，存儲(chǔ)于變量O，程序代碼如下：

子程序2 程序名稱為DIRECTION，程序功能為根據(jù)給定的起算方位角和左角觀測(cè)值，推算導(dǎo)線邊的方位角，存儲(chǔ)于變量O，程序代碼如下：

子程序3 程序名稱為DXDY，程序功能為根據(jù)導(dǎo)線邊長(zhǎng)和方位角計(jì)算導(dǎo)線坐標(biāo)增量△X、△Y，分別存儲(chǔ)于變量U、V，程序代碼如下：

主程序程序名稱為COUNTRAVERSELINE，程序功能為進(jìn)行導(dǎo)線計(jì)算，并輸出每條邊的方位角、坐標(biāo)增量△X 和△Y，坐標(biāo)值X 和坐標(biāo)值Y。起算數(shù)據(jù)可以是C 點(diǎn)坐標(biāo)和DC 邊方位，對(duì)應(yīng)計(jì)算模式1，也可以是C、D 兩點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)計(jì)算模式2。為了有效實(shí)現(xiàn)多組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并提高程序編寫效率和程序可讀性，定義了80 個(gè)額外變量，Z[1]～Z[9]、Z[80]棄之不用，變量Z[10]～Z[19]用來(lái)存儲(chǔ)導(dǎo)線左角，變量Z[20]～Z[29]用來(lái)存儲(chǔ)導(dǎo)線方位角，變量Z[30]～Z[39]用來(lái)存儲(chǔ)導(dǎo)線邊長(zhǎng)，變量Z[40]～Z[49]用來(lái)存儲(chǔ)導(dǎo)線坐標(biāo)增量△X，變量Z[50]～Z[59]用來(lái)存儲(chǔ)導(dǎo)線坐標(biāo)增量△Y，變量Z[60]～Z[69]用來(lái)存儲(chǔ)導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)X，變量Z[70]～Z[79]用來(lái)存儲(chǔ)導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)Y。程序代碼如下：

導(dǎo)線計(jì)算實(shí)例：某一井定向?qū)Ь€，已知D點(diǎn)坐標(biāo)為（453.160，597.048），C 點(diǎn)坐標(biāo)為（454.621，613.264），支導(dǎo)線測(cè)量數(shù)據(jù)如表1 所示。利用支導(dǎo)線計(jì)算程序解算如下：

表1 一井定向支導(dǎo)線觀測(cè)數(shù)據(jù)

按FILE 鍵，從程序文件列表中選擇“COUNTRAVERSELINE”，按EXE 鍵執(zhí)行程序。

4.結(jié)論

通過(guò)研究礦山一井定向測(cè)量的方法原理，利用CASIO fx-5800P 計(jì)算器編寫程序，實(shí)現(xiàn)了以下功能：編寫了連接三角形的平差計(jì)算程序，在一井定向測(cè)量作業(yè)過(guò)程中使用該程序可以快速地進(jìn)行計(jì)算，確保計(jì)算的準(zhǔn)確性，提高作業(yè)效率，減少井筒占用時(shí)間。編寫了導(dǎo)線計(jì)算程序，可用于一井定向內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線的自動(dòng)計(jì)算，減輕測(cè)量人員計(jì)算工作量。