CN110763191A - 一种井下前后视联测三角高程的测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种井下前后视联测三角高程的测量方法及装置，在巷道控制点下方架设全站仪，通过前后视观测其它控制点的方法，结合倒挂的棱镜装置实现控制点间高差高精度测量的目的。本发明涉及的方法与传统的三角高程测量方法不同之处在于，采用的计算方法可以消除仪器高和棱镜高项，在实测过程中不需要量取全站仪的仪器高和棱镜高，并且棱镜的安置无需对中和整平，提高了井下三角高程测量的速度，降低了仪器高和棱镜高量取误差的影响，提升了井下三角高程测量的精度和效率。本发明可用于井下巷道测量工作，操作方法简单易行、设计的倒挂棱镜装置结构紧凑合理，具有广泛的实用性。

Description

一种井下前后视联测三角高程的测量方法及装置
技术领域
本发明涉及井下巷道测量技术，具体涉及一种井下前后视联测三角高程的测量方法及装置。
背景技术
传统三角高程测量的精度不高，较难满足高精度井下测量工作的需求。仪器高和棱镜高的量取误差是影响三角高程测量的主要因素之一，特别是在井下巷道测量的控制点位于巷道顶部，仪器高的量取过程比较复杂，容易引入更大的仪器高和棱镜高量取误差，降低了井下三角高程的测量精度，影响了井下开采工作的安全。本发明主要与本发明主要与两处参考文献相似：
[1]黄清宏,转点中间法全站仪三角高程测量的探讨[J].铁道勘察,2007,33(4):33-35.
[2]毛永欣,柴高山,闫文林,王帅.井下三角高程测量代替常规水准测量的方法[J].矿山测量,2010,(6):48-50.
文献[1]提出的中间法主要通过在两个控制点的中心位置架设全站仪进行三角高程测量，计算过程消除了全站仪仪器高项，但棱镜高项没有得到有效补偿，测量过程中仍需要量取棱镜高。并且该方法主要应用于地表三角高程测量，在井下两控制点中心架设全站仪通常难以实现。本发明提出的方法不需要寻找每两个控制点的中心，采用直接在井下控制点正下方架设全站仪、结合设计的倒挂棱镜装置，不仅避免全站仪仪器高的量取，同时也不用量取棱镜高。文献[2]采用变前视脚架为后视脚架的做法，实现了检核棱镜高量取工作的目的，保证了棱角高的量取精度，但计算和操作方法较为复杂，容易导致操作失误，同时该方法仍需要量取全站仪的仪器高。
发明内容
本发明的目的在于克服传统三角高程测量的精度不高，较难满足高精度井下测量工作的需求的缺陷，提供一种适用于井下巷道测量的前后视联测三角高程的方法及其倒挂棱镜装置，以提高井下三角高程测量的速度，降低仪器高和棱镜高量取误差的影响，并提升井下三角高程测量的精度和效率。
具体而言，本发明提供了一种井下前后视联测三角高程的测量装置，包括两个倒挂棱镜装置和全站仪，其中一个倒挂棱镜装置悬挂于巷道顶部的后视已知高程点C，另一个倒挂棱镜悬挂于巷道顶部的前视待测点B，全站仪设置在已知高程点A正下方的巷道底部，先后对后视点C和前视点B悬挂的棱镜装置进行观测；
倒挂棱镜装置包括倒置的棱镜和固定装置，两个倒挂棱镜装置中的棱镜中心距巷道顶部高程点的距离相同。
进一步的，所述固定装置包括挂钩、抗拉金属丝和位于巷道顶部高程点的固定件，抗拉金属丝的两端分别与挂钩和倒置的棱镜铆合，挂钩挂在高程点的固定件上。
进一步的，还包括悬挂于巷道顶部高程点的用于对中整平架设全站仪的铅锤。
本发明还提供了一种井下前后视联测三角高程的测量方法，包括以下步骤：
S1：按照井下高程测量推进路线在巷道顶部找到观测点A，后视点C和前视点B，其中A和C两点的高程已知，分别为HA和HC，可以得到两点间的高差ΔhAC＝HA-HC，B点高程HB未知，A和B两点的高差ΔhAB为待测项，将前述井下前后视联测三角高程的测量装置分别布置在后视点C、前视点B和观测点A处，沿铅垂线方向对中整平架设全站仪，全站仪仪器高为i，后视点C倒置的棱镜中心距巷道顶的高为vC，前视点B倒置的棱镜中心距巷道顶的高为vB，vC＝vB；
S2：待倒挂棱镜装置稳定以后，利用全站仪依次照准后视点C和前视点B的棱镜中心，记录后视点C的高度角观测值αC和距离观测值dC，前视点B的高度角观测值αB和距离观测值dB；
S3：根据S1和S2获得的数据计算出前视点B高程HB。
进一步的，所述步骤S3具体包括：根据下列公式求出ΔhAB
ΔhAB＝(dB·sinαB-dC·sinαC)+ΔhAC
则HB＝HA+ΔhAB。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明主要通过前后视三角高程测量的方法，结合井下控制点倒挂棱镜装置实现高精度的高差测量；操作过程中不用量取仪器高和棱镜高、并且倒挂棱镜的安置方法简单，在很大程度上提高了井下三角高程测量的效率，同时本发明的计算方法具有简洁、严谨、可靠的特点。
附图说明
图1为本发明实施例中的倒挂棱镜装置；
图2为本发明实施例中的测量方法原理图；
以上图1中，1-倒挂棱镜装置，101-棱镜，102-抗拉金属丝，103-金属挂钩，104-巷道顶部高程点的金属孔固定装置，2-全站仪，3-铅锤。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1和图2所示，一种井下前后视联测三角高程的测量装置，包括两个倒挂棱镜装置1和全站仪2，倒挂棱镜装置1包括倒置的棱镜101和固定装置。固定装置包括金属挂钩103、抗拉金属丝102和位于巷道顶的金属孔104，抗拉金属丝102的两端分别与金属挂钩103和倒置的棱镜101铆合，金属挂钩103挂在金属孔104上。其中一个倒挂棱镜装置1通过金属挂钩103悬挂于作为后视的已知高程点C的金属孔104，另一个倒挂棱镜装置1悬挂于作为前视的待测高程点B的金属孔104，两个倒挂棱镜装置1的棱镜中心距巷道顶部挂载高程点的距离相同。全站仪2设置在作为观测点的已知高程点A的正下方，铅锤3固定于观测点上方巷道顶，用于对中整平架设全站仪2。
具体测量方法如下(图2)：
1)按照井下高程测量推进路线在巷道顶部找到观测点A，后视点C和前视点B，其中A和C两点的高程已知，可以得到两点间的高差ΔhAC＝HA-HC，B点高程HB未知，A和B两点的高差ΔhAB为待测项。
2)在C和B两点点安置设计的倒挂棱镜装置，然后在A点挂上铅锤，沿铅垂线方向对中整平架设全站仪，
待倒挂棱镜装置稳定以后，利用全站仪依次照准前后视的棱镜中心，记录后视C点的高度角观测值αC和距离观测值dC，前视B点的高度角观测值αB和距离观测值dB。
3)A和C两点高差ΔhAC，以及A和B两点的高差ΔhAB通过如下公式计算：
Figure BDA0002263429010000031
其中，ΔhAC通过ΔhAC＝HA-HC直接求取，i为全站仪仪器高，v为棱镜高，因为测量过程中采用相同的倒挂棱镜装置，A和C两处的棱镜高相等，vC＝vA。公式(1)中两公式相减可以进一步简化成：
ΔhAB＝(dB·sinαB-dC·sinαC)+ΔhAC (2)
公式(2)消除了仪器高项i和棱镜高项v。那么，B点高程即为：HB＝HA+ΔhAB
通过本发明设计的技术操作方案，结合发明的倒置棱镜装置，利用公式(2)可以避免仪器高和棱镜高的测量，进而可以提高井下三角高程测量的速度，提高测量成果的精度。

Claims (5)

1.一种井下前后视联测三角高程的测量装置，其特征在于，包括两个倒挂棱镜装置和全站仪，其中一个倒挂棱镜装置悬挂于巷道顶部的后视已知高程点C，另一个倒挂棱镜悬挂于巷道顶部的前视待测点B，全站仪设置在已知高程点A正下方的巷道底部，先后对后视点C和前视点B悬挂的棱镜装置进行观测；
倒挂棱镜装置包括倒置的棱镜和固定装置，两个倒挂棱镜装置中的棱镜中心距巷道顶部高程点的距离相同。
2.根据权利要求1所述的一种井下前后视联测三角高程的测量装置，其特征在于，所述固定装置包括挂钩、抗拉金属丝和位于巷道顶部高程点的固定件，抗拉金属丝的两端分别与挂钩和倒置的棱镜铆合，挂钩挂在高程点的固定件上。
3.根据权利要求1所述的一种井下前后视联测三角高程的测量装置，其特征在于，还包括悬挂于巷道顶部高程点的用于对中整平架设全站仪的铅锤。
4.一种井下前后视联测三角高程的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照井下高程测量推进路线在巷道顶部找到观测点A，后视点C和前视点B，其中A和C两点的高程已知，分别为HA和HC，可以得到两点间的高差ΔhAC＝HA-HC，B点高程HB未知，A和B两点的高差ΔhAB为待测项，将权利要求3中的一种井下前后视联测三角高程的测量装置分别布置在后视点C、前视点B和观测点A处，沿铅垂线方向对中整平架设全站仪，全站仪仪器高为i，后视点C倒置的棱镜中心距巷道顶的高为vC，前视点B倒置的棱镜中心距巷道顶的高为vB，vC＝vB；
S2：待倒挂棱镜装置稳定以后，利用全站仪依次照准后视点C和前视点B的棱镜中心，记录后视点C的高度角观测值αC和距离观测值dC，前视点B的高度角观测值αB和距离观测值dB；
S3：根据S1和S2获得的数据计算出前视点B高程HB。
5.根据权利要求4所述的一种井下前后视联测三角高程的测量方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：根据下列公式求出ΔhAB
ΔhAB＝(dB·sinαB-dC·sinαC)+ΔhAC
则HB＝HA+ΔhAB。
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