浅析全站仪与CAD在矿山测量工作中的应用

摘要 在矿山测量工作中随着煤炭产量的不断增加,原有的测量技术和测量设备已经远远不能达不到生产的需要,光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将渐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪结合丰富的软件,向全能型和智能化方向迅速发展,下文浅析全站仪配合cad软件在矿山测量中的应用,并对其加以润色,以期更好地用于实际测量工作。

关键词 全站仪与CAD的实际操作与改善

1 引言

在工程测量中,内业资料计算占有非常重要的比重,内业资料计算的准确无误与速度直接决定了测量工作是否能够快速、 顺利及安全地完成。而内业资料的计算方法及其所需要达到的精度,则又直接取决于外业所用仪器及具体的放样目标和内业计算所用到的办公软件和计算方法。AutoCAD的特性提供了测量内业资料计算的另外一种全新直观明了的图形计算方法。结合我们现正使用的全站仪,其快速进行测距、测角、计算、记录等多功能的电子测量仪器,可自动显示斜距、角度,自动归算并显示平距、 高差及坐标增量,具有较高的自动化程度。可以很方便地进行三维坐标的测量,通过AutoCAD的内业计算,在放样的过程中,可以用编程计算器结合全站仪,非常方便地、快速地进行作业;运用AutoCAD进行计算结果的验证;随着全站仪的推广和普及,极坐标的放样越来越成为众多放样方法中备受测量人员青睐的一种,而坐标计算又是极坐标放样中的重点和难点,由于一般的红线放样,工程放样中的元素多为点、直线(段)、圆(弧)等,故可以充分利用AutoCAD的设定坐标系、 绘图和取点的功能,从而大大减轻我们外业的工作强度及内业的工作量。以下以一些实例来说明全站仪及全站仪结合CAD在工程测量中的应用。

2 AutoCAD的典型内业资料计算及管理

在测区内加密控制点,经常使用测角交会、测距交会或两者相结合的方法,如果我们运用数学公式来计算,则非常繁琐,而且不易检查错误,例如在后方交会中的危险圆上。相反,如果我们利用AutoCAD来绘图计算,就简单多了。现针对测角和测距两种方法分作如下说明:

2. 1 前方测角交会

如图1所示,A、B为坐标已知的控制点,P为待求点,在A、B两点已观测了角度a和b。

图1 前方测角交会示意图

我们就可以利用AutoCAD系统软件,根据A、B两点坐标在桌面绘制出A、B两个点,连接AB点得到AB线段,然后分别以A点和B点为基点旋转AB 线段a,b角(从图上可直观地分辩方向)。使用 ID命令选择交点P,就可以得出P点坐标了。如果图形有检校条件,仍然可以进行坐标差的计算。如果在近似平差的情况下能满足需要,则可以在图形上进行平均计算并作出标记。

2. 2 前方距离交会

如图2所示,A、B为坐标已知的控制点,P为待求点,在A、B两点已分别利用全站仪测出距离Sa和Sb。我们就同样可以利用 AutoCAD系统软件,根据A、B两点坐标绘制出A、B两个点,连接AB点得到AB线段,然后分别以A点和B点为圆心,以Sa和Sb为半径作圆,则得到 P点和 P’点(对照现场的方位情况 ,从图上可直观地分辩出其中一点 P为所求 ,而另一点 P’ 则是虚点 ,是我们不需要的) 。使用 ID命令选择交点 P ,就可以得出 P点坐

图2 前方距离交会示意图

标了。在实际工作过程中 ,我们通常会将前方测角交会与前方距离交会进行组合应用 ,当然那就不一定要将所有条件都完成测量了。另外对于以上几项对坐标的应用 ,应该注意的就是AutoCAD中的坐标顺序与我们测量中的大地坐标系是有区别的 ,也就是要注意 X坐标和 Y坐标的对应关系。

3 利用全站型提供的一些特殊测量功能进行悬高测量

3. 1 测量原理

所谓悬高测量,就是测定空中某点距地面的高度。全站仪进行悬高测量的工作原理如图3所示。首先把反射棱镜设立在欲测目标点 B 的天底 B’点(即过目标点 B的铅垂线与地面的交点),输入反射棱镜高v;然后照准反射棱镜进行距离测量 ,再转动望远镜照准目标点B,便能实时显示出目标点B至地面的高度 H。

图3 悬高测量示意图

显示的目标高度 H ,由全站仪自身内存的计算程序按下式计算而得:

式中S为全站仪至反射棱镜的斜距;分别为反射棱镜和目标点的竖直角。由此可见,悬高测量的原理很简单,观测起来也很便捷。利用全站仪提供的该项特殊功能,可方便地用于测定悬空线路、桥梁以及高大建筑物、构筑物的高度。

3. 2 实际测量中的应用

在实际工作中,我们经常遇到这样的情况,即无法得到被测目标 点的天底 ,如测量矸石山的高度。此时,该如何进行悬高测量呢?下面就介绍一种改进方法。如图4,矸石山的高度C,可在远离目标的A点处安置全站仪,在AC方向线上适当位置B点安置反射棱镜 ,观测A、B两点间的平距DAB和高差hAB;同时转动望远镜观测至矸石山顶C点的竖直角。然后再将反射棱镜立于矸石山底D点,测定A、D两点间的高差hAB。接着将仪器安置于B点,观测至矸石山顶 C的竖直角,即可求得目标高度H=H1+H2。

图4 目标天底无法安置棱镜

A、D 两点的高差hAD已测得,量取A点的仪器高i1后,则不难求得H2=i1-hAD。下面,我们来推导H1的计算公式。从图3可知

式中i2为B点的仪器高。

在直角三角形中 ,不难看出

从而有

在三角形中可得

所以有

上述的计算过程可通过编程存入全站仪的磁卡中,使用时可实时地显示出被测目标的高度。上述的计算公式虽然是针对图4推导出来的,但却具有普遍性。

4 结语

综上所述,全站仪以及CAD软件在矿山测量中的普遍运用,的确给我们的测量工作带来了非常大的方便,主要表现在从静态到动态,从后处理到实时处理,精度不断地提高,劳动强度不断地减小,劳动力不断地减少。但在实际工作中,对全站仪提供的一些功能不能盲目地使用,否则将会得不到正确的结果。同时,要结合自己的具体工作,不断地对全站仪与CAD的功能进行开发,才能更好地发挥全站仪与CAD的先进功能为矿山服务。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。