浅谈矿山测量系统的建立过程

[摘 要]本文首先阐述了基于全站仪矿山测量系统的概述，接着分析在矿山测量中的应用过程，最后提出相应的注意事项。

[关键词]矿山测量；建立

中图分类号：TF762.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0066-01

一、 前言

随着测量技术的不断发展和进步，我们近年来进行了全站仪实时计算、自动绘图系统的建立研究，寻求一种充分发挥全站仪和现有设备效能的自动、实时、快速测绘系统。

二、 概述

矿山测量是介于地理学、地质学、采矿学之间，以测绘手段获取采矿信息的一门边缘学科，用来研究矿山在地质勘探、规划设计、矿山建设、生产运营时期矿体本身及周围岩层等与开采相关的一系列空间几何问题及形成机制，进而保证矿山安全开采和资源合理应用。

传统的矿山测量学，是综合运用测绘、采矿和地质等多学科的理论、技术与方法，采集、处理、表达和利用空间信息，实现对矿产资源的勘查、规划设计、建设开发和生产经营，解决矿产资源合理开发与矿区资源环境保护等问题。矿山测量是生产的基础工作，传统的矿山测量是以经纬仪、水准仪为技术手段进行的，目的是测定点的空间位置，任务是标定与测图。

电子全站仪的发展自上世纪70年代以来，已经历了4个时期：1、以电子经纬仪与测距仪组合而成的组合式全站仪。2、整体式全站仪，与组合式全站仪一样，配有专用电子手簿才能进行自动记录。3、磁卡式全站仪，将数据记录在专用磁卡上，通过读卡器读取野外记录数据。4、电脑式全站仪，含有PC记录卡，可将数据直接传入微机而无需其它设备。全站仪具有经纬仪和测距仪的优点，且以数字形式提供测量成果，其操作简便、性能稳定，数据可通过电子手薄与计算机进行通讯等优点，使其在矿山测量中得到了广泛的应用。地面控制测量、地形测量、工程测量均可利用全站仪进行，而联系测量、井下大量的工作也可用全站仪进行。因此，全站仪在矿山测量中涵盖了几乎所有的测量工作。以全站仪为代表的智能化、数字化仪器使矿山测量技术有了新的生机。基于全站仪和计算机技术可建立矿山三维数据自动采集、传输、处理的矿山测量数据处理系统，将取代传统的手薄记录、手工录入、繁琐计算等大量的重复性的工作。在我国测绘界，目前仍以组合式全站仪和整体式全站仪为主，只有少量磁卡式全站仪和电脑式全站仪获得应用，其主要原因是这两种全站仪的价格要高出普通全站仪30%-60%，且操作困难。

三、案例分析

1、工程概况

某矿山由于进洞口附近高边坡开挖，已造成开挖部分出现多处裂缝，虽然施工方采取了喷浆及其它加固措施，但为了安全起见，并摸清边坡形变量，为施工方开挖提供正确的数据，需对有形变的边坡区域进行实时监测。

边坡变形观测的意义在于提供边坡的稳定状况、位移和变形的规律等，为滑坡预报提供依据。边坡变形观测的目的是确定滑体的周界，定期测量滑动量、主滑动线的方向和速度，以监视建筑物的安全。

2、建立工作控制网

首先，在较稳定的区域埋设水准基准点3个，一个埋在施工单位办公室后面的山坡上，另外两个埋在进洞口左侧的山洼里，离进洞口300m左右，基础较为稳定，用混凝土现浇。

进洞口监测点布设，按照业主、施工单位负责人要求，根据现场实际情况，在上边坡布设16个监测点，编号为A01至A16；在中间边坡挡墙布设9个监测点，编号为A17至A26；在下边坡挡墙布设6个监测点，编号为A27至A31，共布设31个监测点，监测点埋设牢固稳定。

3、 首先对各监测点进行逐点人工观测，取得坐标X、Y、H，建立概略坐标数据库。概略坐标X、Y、H越精确，以后各期自动观测精确照准速度越快。在监测点变形累积一定程度后，要及时修正概略坐标数据库。极坐标差分法坐标精度与基准站至监测点和参考站的距离有很大关系。在观测中，尽量选择离监测部位近的基准网点做为基准站和参考站。将TCA2003置于基准站观测墩上，精确整平，设置好观测点集、顺序和测回数；仪器根据内置点位概略坐标数据库的坐标，自动进行目标判断、精确照准，并测量方位角、天顶距和斜距，并将读数存储于内置SRAM卡中。

4、 独立坐标与国家坐标的转换

（1）国家54坐标转为独立坐标。按高斯投影反算公式将国家54坐标转为大地坐标，投影方程为：

B=φ1（x，y），l=φ2（x，y） 式（1）

其需满足三个条件：一是x坐标轴投影后为中央子午线是投影的对称轴；二是x坐标轴投影后长度不变；三是投影具有正形性质，即正形投影条件。

高斯投影坐标反算公式推导很复杂，但可采用迭代法将高斯平面坐标（x，y）反解成大地坐标（B，L），终止迭代时，须同时满足：

Bi-Bi-1≤0.0001s 式（2）

li-li-1≤0.0001s

将纬度值增加0.01874″而经度值不变，按高斯投影正算公式，将各点新大地坐标转为独立坐标。高斯投影正算公式为：

x=X+a2l2+a4l4+a6l6 式（3）

y=a1l+a3l3+a5l5

（2）独立坐标转为国家54坐标。按高斯投影反算公式，将独立坐标转为大地坐标，如式（1）和式（2）。其中，参考椭球长半轴取6378428.2m，将纬度值减小0.01874″而经度值不变，按高斯投影正算公式，将各点新大地坐标转为国家54坐标，如式（3）。

四、使用全站仪进行矿山测量的注意事项

1、设定准确的测量参数。在进行测距时，型号不同的反光镜设置的棱镜常数也不同，在进行测量时应对反光镜进行反复检查，确保匹配。在进行测量数据的记录时，应注意对全站仪显示屏中的数据是斜距还是平距进行区分；在进行测量时还应时刻注意输入仪器的温度和气压准确与否。

2、选用最佳导线的布置方案。导线控制测量宜用于带状地形地区，尤其是井下工程。在进行测量时，应按照相应要求来进行相关计算。使用全站仪的程序功能够使导线的测量过程更为简洁方便。

3、工程施工放样。在进行施工放样时，也可借助全站仪的放样功能在实地进行设计数据的测设，常采用极坐标法来进行，提前整理已知点、放样点的坐标数据，并将其传输到仪器中；在进行放样时，必须反复检查核实已知点及放样数据，确保放样测量数据准确无误。工程施工质量的优良离不开放样的准确无误。

4、四等水准测量在井巷工程中可以完全由全站仪高程测量来代替，在进行测量时应按照要求将仪器安置整平，测量时需将两个棱镜高度保持一致，如只用一个棱镜会有更好的效果。在无需对棱镜高和我仪器高进行量取的情况下，即可获得较好的高程测量精度。一般来说，全站仪测量的精度基本能够满足矿山测量中的需要，但在进行等级测量时，观测、检核、记录、平差计算等步骤仍需严格遵守规范要求来进行。

5、使用全站仪时应根据测量时的实际情况，合理选用仪器。竖井测量使用陀螺全站仪，瓦斯突出矿井采用防爆型的。地形简单通视良好选用无棱镜型全站仪。变形监测选用自动寻找锁定目标智能型的全站仪。

6、作业前应仔细、全面检查仪器，确定电源、仪器各项指标、功能、初始设置和改正参数均符合要求后，再进行测量，测量严格按照操作程序进行作业，不得随意乱动仪器部件。

五、结束语

综上所述，目前我国全站仪价格仍然比较昂贵，但相比于以前，已经有了大幅度的下降，各大矿山的测量机构正在以全站仪取代传统的仪器进行测量工作，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 方震，曹国雄.高层建筑物整体变形监测方案设计[J].科技资讯，2014（2）：15-33.

[2] 徐伟声.GPS在工程变形监测中的应用[J].科技创新导报，2014（1）：15-39.