全站儀-RTK聯合測量技術在井下動態監測中的應用

資源的開發與利用與硐探工程密切相關，該工程的實施不僅用于勘查礦體的空間分布規律，而且是后期資源開發與利用的主要運輸巷道。因此，井下動態監測不僅是綜合分析礦體空間分布規律的依據，而且是編制開采方案的主要途徑

。實時動態測量技術，即RTK技術，是基于載波相位觀察值的實時動態定位技術，能夠快速的獲取被測點的三維坐標信息

。該技術具有測量精度高、效率高、自動化程度高和成本低的優勢，在礦山測量中的應用越來越廣泛。全站儀即全站型電子測速儀，是一種將測角、測距和微處理機相結合的常規性測量儀器

。因此，在井下復雜環境測量條件下，使用全站儀-RTK聯測測量的方式，使得二者的優勢互補，不僅能夠提高測量效率，而且能夠獲得更高的測量精度。鑒于此，本文以某礦山的井下動態監測為研究對象，分析聯合測量的應用效果。

1 基本工作原理

1.1 RTK測量基本原理

使用實時動態RTK測量方法獲取被測目標物三維坐標的基本原理為：首先在基準站內安裝一臺GPS接收機和傳輸數據的電臺，前者用于連續跟蹤觀測所有可以接收到的衛星信號，后者將接收到的衛星信號以及基準站的已知坐標信息通過數據傳輸系統發送至流動接收機

；其次流動接收機將采集的GPS觀測數據與基準站的坐標信息進行對比，形成實時差分觀測值；最后通過動態實時數據處理，就可獲得流動接收機在該點的實時三維坐標信息，從而實現實時動態定位的目的

。實時動態RTK測量技術的動態定位示意見圖1所示。

1.2 全站儀測量基本原理

本次使用的全站儀為賓得某系列全站儀，故本文以該系列的全站儀為例講述其測量基本原理。全站儀測量的基本原理可以概括為：將全站儀架設在礦區范圍內任意一個控制點上，并對中整平處理后選擇測量B模式，將控制點的三維坐標、儀器的高

、目標高等輸入后，設置好全站儀的工作模式后照準另一控制點進行定向，完成設站后照準目標點上的反射棱鏡，按ENTER進行測量，就可通過全站儀中的微處理機計算出被測點的三維坐標信息。

2 聯合測量技術的優缺點分析

2.1 全站儀-RTK聯合測量優點

（1）具有高的測量精度，且精度分布均勻。實時動態RTK測量技術可以快速的測定礦區內任何圖根點的三維坐標，并進行檢驗。同時，使用實時動態RTK在獲取被測點的三維坐標信息時誤差為隨機產生，該誤差不傳播也不積累，顯著的減少了人為干預的影響

，避免了全站儀等測量技術產生積累誤差的弊端，所獲圖根點的測量成果精度更可靠。

在特征關聯圖中，特征信息Fi是頂點的集合，Ri表示頂點之間關系的集合，＜fia,fib＞表示fia,fib兩個特征信息節點之間存在一條關系弧e，若＜fia,fib＞∈Ri則＜fib,fia＞∈Ri且 fib≠fia，謂詞p(fia,fib)定義＜fia,fib＞的意義。

（1）巷道進尺的實時動態監測不僅是獲取巷道掘進進度的主要依據，而且是分析巷道掘進方向、坡度等的主要數據支撐

。傳統的鋼尺丈量不僅不能嚴格沿中線方向進行丈量，而且當導線點距離掘進面相對較遠時，丈量的累計誤差較大。若使用全站儀測量，則可將全站儀安置在導線點上，將反射棱鏡緊靠工作面中線方向安置，就可獲得精度更高的距離，即可獲得相應的掘進進尺。

“我看，這回的事，還得從一個月前孟導遇到老賈說起。老賈在古錢幣這行摸爬滾打了好幾年，花樣多的數不清。他一看到孟導你的錢盒子和里面的古錢幣，估計心里就開始冒壞水了。”

2.2 全站儀-RTK聯合測量缺點

黃石朝楊露露滿臉堆笑道：“讓你見笑了，小女不懂事，還請包涵。人死了，什么都是空的；高木的病要緊，我看這樣吧，擇日不如撞日，明天我就去把梨花的骨灰遷回來。”楊露露見黃石這么通情達理，雙腿一軟，要朝他跪了；黃石連忙扶住她道：“高木是我的女婿，應該的。”

①宋人對唐詩“三唐”分期之說中北宋人楊龜山首次分唐詩為“盛唐、中唐、晚唐”(見〔元〕王構《修辭鑒衡》引《龜山詩話》)。“晚唐”時間上指唐末(唐季)咸通(860)以后，如計有功《唐詩紀事》，甚或等同“唐末五代”，如《蔡寬夫詩話》“晚唐詩格”條。陸游所謂的“唐末詩”時限是大中(847-859)以后。

井下巷道掘進動態測量主要包括巷道進尺、巷道水平截面和巷道斷面的測量。

3 全站儀-RTK聯合測量在井下動態監測中的應用

3.1 控制點測量中的應用

巷道橫斷面的測量按照沿中線每隔5m～10m的間隔在巷道的兩側標記，并將全站儀安置在導線點上，后視相鄰導線點進行定向處理，在標記點處安置棱鏡，測量每一個斷面的三維坐標，即可獲得巷道的橫斷面圖以及測量數據。

由表1可知：與全站儀測量數據對比可知，X的較差介于-0.36m～0.80m之間，Y的較差介于-0.51m～0.52m之間，Z的較差介于-0.51m～0.78m之間，均小于±10之內，說明使用該方法所獲坐標的精度是較高的，能夠滿足工程測量的基本需求。

3.2 井下巷道掘進動態測量

（2）全站儀測量過程中受人為因素干擾較為明顯，主要體現在以下幾個方面：①坐標輸入錯誤的影響；②短邊的定向誤差大，可采用長邊定向消除；③同測站不同測段應分清盤右還是盤左觀測。

（2）測量效率高。在相對較為開闊的環境內，使用RTK測量即可完成該區域的數據采集，所使用的測量人員少，且測量速度快

；在視野相對差的區域，交替使用全站儀和RTK，可完成區域數據的一次采集。同時，使用RTK測量減少了全站儀測量倒站次數，提高了測量效率。

（2）巷道水平截面的實時動態監測，傳統的測量方法以支距法為主，即以導線點作為控制點，以導線邊為基準線每隔5m～10m取1個點，進而通過繪制巷道截面圖計算，該方法不僅工作量大，而且測量精度較低。若使用全站儀測量方法，則將全站儀安置在導線點上，通過后視另一導線點即可獲得巷道腰線高度特征點的坐標，進而將采集的數據傳輸至相應的制圖軟件中，就可獲得巷道的水平截面圖。

（3）巷道的斷面動態監測主要包括縱斷面和橫斷面測量

。其中，前者可將全站儀架設在導線點上，將棱鏡置于巷道的中線上，按照每隔5m的間距測量位于中線上的底板和頂板（圖2），再將獲取的實時動態數據輸入至相應的制圖軟件中，就可獲得實測的斷面圖。若需要計算施工精度，則將實測后的縱斷面圖與設計縱斷面圖進行對比，就可獲得相應的誤差數據。

概念圖是一種很好的厘清概念的工具，它能以整體的、簡練的方式來呈現、組織概念。它可以再現學科的知識體系結構，有利于學生將新知識建構到已有的知識結構中。通過以上的教學，教師或者學生可以建構出有關基因控制蛋白質合成的概念圖(圖8)，這樣可以促使學生深刻領會重組后概念生成的意義。

由于礦山井下測量具有分散、測量環境復雜等特征。測量分散主要表現在不同的平硐巷道工程分布在不同的區域，需要不同的測量控制點。測量環境復雜主要體現在巷道空間小，衛星信號差，RTK無法獲取相應的信號

。因此，采用RTK-全站儀聯合測量方式能夠顯著的提高測量效率和測量精度，即在具體測量過程中控制點的測量使用RTK測量，而巷道內的測量則使用全站儀測量完成。本文根據礦山已有的控制點坐標，采用實時動態RTK測量技術與全站儀測量進行精度對比，結果見表1。

（1）實時動態RTK測量技術在進行實時數據傳輸過程中容易受到外界無線電信號以及多路徑效應的影響，與靜態GPS測量相比，該技術方法相對容易出錯。但是，該缺陷可以通過以下集中方法解決：①在使用RTK測量之前與已知點進行校核，直至坐標無誤后再進行測量作業；②重測比較，即每次完成RTK校核后重新測量2個已經測量過的RTK點，確認先后三維坐標信息無誤后再進行后續的測量工作。

3.3 井下采空區動態測量

資源的開發與利用一直是礦山井下實時動態測量關注的重要內容，也是分析井下生產環境是否安全的主要依據之一。因此，井下采空區實時動態測量至關重要。

傳統的井下采空區測量方法以極坐標法為主，集從運輸巷道的測量點開始，借助羅盤以及皮尺等方式測量掘進的方、坡角以及距離等，逐步從天井位置向采空區各個方向延伸，再根據基礎導線測量等計算出相應采空區的位置、大小等。該種測量方法要求測量人員必須在測量過程中圍繞采空區走一遍，且不能有較大的偏差，否則所獲測量精度明顯降低。

式中:ω為轉角速度;vk為具有零均值高斯白噪聲的過程噪聲,其標準偏差分別為σva=1.6 mm/s2σvω=0.2 rad·s-2.

同時，由于采空區頂底板巖石以及采空區內的礦石高度不一致，導致測量人員在測量過程中存在不安全的因素較多。總體上，傳統的測量方法具有精度低、效率低和不安全性高的特點。

將全站儀測量方法應用于井下采空區實時動態測量中，可以利用測量室內發出的紅外線光束，形成一個個小的斑點，再對各個斑點進行瞄準測量，進而獲取斑點處的三維坐標信息。井下運輸巷道內，通過RTK方法獲取天井口控制點的三維坐標，并將全站儀置于該點上，利用全站儀進行瞄準，找到控制點進行定向測量。

按照上述方法，就可獲得井下采空區的形態、大小等信息。與傳統的極坐標法測量相比，具有效率高、精度高和安全性高的優勢。

4 結語

綜上所述，將全站儀測量技術與實時動態RTK測量技術有機的結合起來，不僅減少了測量外業工作量，獲取的測量精度高，而且降低了測繪成本，提高了測量效率，降低了測量風險。

通過本文實例表明，該方法組合在礦山井下測量中具有明顯的應用優勢，可以推廣使用該方法。

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