全站仪无棱镜测距在井下测量中的应用和体会

[摘 要]井下测量应用无棱镜测距全站仪可降低测量作业劳动强度，大幅度提高作业效率，提高作业安全系数，真正做到矿山测量数字化管理的目的。本文介绍了全站仪无棱镜测距在冬瓜山矿井下测量的应用形式和采集数据的处理方法。

[关键词]无棱镜测距；井下测量，采集数据

中图分类号：P204 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0307-01

在矿山井下测量工作中，普通经纬仪、钢尺量边、皮尺支距法，一直是井下测量的主要方法，作业效率低；随着科技的进步和大型设备的大面积的使用，掘进效率大幅度提高，这种测量作业方式已无法适应生产的需要。全站仪的使用立刻受到普遍的欢迎，无棱镜可见激光测距技术的出现与发展，应用于矿山井下测量作业，有着传统井下测量作业方式难以比拟的优势；本人通过亲身体会介绍一下徕卡TCR802全站仪的使用和感受。

一、全站仪无棱镜测距工作原理和特点

1、工作原理：无棱镜测距一般采用红外光IR和可见激光RL两个测距头同轴，集成在小巧的照准部中。红外激光测距头用于对反射板或棱镜的常规测量；可见激光用于测量不易到达或根本无法到达安置棱镜的目标，采用的测距信号是激光，测量较近的目标时，无需在目标点设置全反射的棱镜，经过物体的漫反射回全站仪的信号，足以被仪器可以识别，并通过计算得出所测目标点的距离，坐标和高程，其测距精度可达到3 lnm+2 ppm，现有技术最高测程可达上千米。

2、技术特点

（1）、无棱镜测量技术适宜测量反射面的测点高程，如岩石，房屋、公路等视线可及的地形、地物点高程。视线没有任何障碍的地形地物测量，若中间有障碍物则测量到的是障碍物的坐标、高程。

（2）、要求通视条件好，反射介质好；在人员难以到达，反射介质好的地形地物测量，如悬崖、溪谷、无法进入的空区、水库等，无棱镜测量技术非常适用；在反射介质较暗，吸光性太强，反射条件不好等地方不宜使用无棱镜测量。

（3）、无棱镜测量要耗费较大的电能，外业时要准备充足的电源，必要时需配置外挂电源。

二、全站仪无棱镜测距的应用优势

1、 应用于危险采场测图时有安全保障优势：采场不安全因素多，验收测图采用全站仪激光测距，可在安全区域设站，不需进入危险区域即可准确地测出采场轮廓，为测图人员提供了安全保障，并可大幅提高测图精度。采用无棱镜测距进行测图，可快速准确地采集硐室数据，每个采集到的点都有三维坐标，反映采场轮廓和顶底板情况。

2、 提高测量作业效率和测量精度：采用全站仪无棱镜红外测距进行测量作业可大大地加快作业工效，对掘进工程进行测图和中腰线标定时，通过红外线指示目标，可轻易地实现采场顶底板高度测量、投点和标定方向等工作，可很方便地进行于高精度导线测量及工程放样，岩移监测；通过采场和掘进工程实际结构图，可很方便的了解井下巷道工程施工状况，控制施工质量具有非常好效果。

3、 可实现井下测量图纸资料数字化：井下实测图纸资料需实现数字化成图，采用激光测距全站仪进行测量不需要协作目标，可以很好地适用井下自动采集数字化的要求，全站仪可自动采集并计算三维坐标，不需人工记录和计算，数据可直接下载到计算机上，通过软件实现数字化成图及3D建模要求，直观地显示矿体模型。

三、全站仪无棱镜测距的应用：

目前全站仪测距技术比较成熟，徕卡TCR802全站仪无棱镜激光无协作目标测距时测程超过100 m，测角精度为2”，无棱镜测距精度可达2 mm+2 ppm，可充分满足矿山井下测量作业需要，提高井下作业精度，对井下高温、高压及潮湿环境的测试效果也非常理想，测量精度能够达到标称精度，能够很好地应用于井下采掘测量作业。

1、 井下掘进工程施工过程中的应用

全站仪通过无棱镜测距，可提供通过视准轴的可见光，在掘进工程放样中可直接代替视准轴视线，可顺利地在现场投射至作业面的顶底板、帮板上，直接应用可见激光进行方向线、中腰线标定，放样工作直观高效；采集到的数据均有三维坐标，可在任意方向上切出准确的剖面图。对于井下大斜道、大型井下硐室等工程，采用无棱镜测距全站仪优势明显，

2、采场测量中的应用

采用无棱镜测距技术对巷道进行“扫描”，可完成碎部点的采集，不需记录和计算，数据传输到计算机后实现自动成图，可顺利完成井下巷道的碎部测量工作。在井下采场测量和测图时，一般仅需二、三人参与测量作业，可以快速精确采集实测采场数据，通过成图软件可以准确地计算出采场空高，顺利作出采场剖面图，准确反映采场实际窿形和作业工程量，对于矿房采场及设置了控制边界的采场，采集点坐标的连接，反映采场边帮的超、欠采情况，方便现场采场控制边界的实时标定。并且作业时间较传统方式大幅缩短，同时测量人员的安全得到了很好地保障。在测量精度和作业效率上，传统测量作业方式都无法比拟。

凿岩硐室实测和设计对照图见图1：

3、全站仪采集数据格式转换

全站仪采集的数据须通过配套软件传输到计算机，不同类型全站仪的数据格式不一样，徕卡TCR802全站仪数据无须转换即可传输给计算机成DAT文本文件，数据可通过其纳入“测量原始采集数据库”，以便检索、查询，作为图纸资料的原始数据备份。原始数据使用文本文件存储，可在开发的成图软件中实现导入、导出及编辑功能，数据包含表头和表体两部分，表头部分包含的信息有：地段、中段、作业名称、层次、作业人员、实测时间等信息，表体采集点坐标数据格式见表1。测点编码主要为描述采集点的性质和地物类型，编码可在全站仪现场采集时录入，也可在现场记录后在数据转换过程中录入，编码采用简单代码，其内容专门建立编码对照表，用成图软件实行自动处理。

表1 全站仪测量原始采集点数据DAT文本文件结构

四、 体会和建议

1、 无反射棱镜全站仪测距性能可靠，通常情况下其测值精度和稳定性与仪器的标称指标一致。

2、 当物体表面的反射能力足够强、 且信号稳定，则物体表面的粗糙程度对测量数据的影响并不明显， 除特殊颜色（黑色）外 ，材料颜色对测距精度的影响不明显，但颜色越浅， 物体的反射信号越强对测距有利。

3、 在测量物体拐角时，实际所得距离为测站到等效平面的距离；因此，在实际工作中应尽量避免瞄准拐角点，特别是角度很小的尖角， 其测距误差可能会很大。

4、 当仪器瞄准透明物体时，一般不能得到正确的距离值，其误差随被测物体的透明度及背景物体的距离而变化。 因此，在实际工作中，应避免照准诸如玻璃之类的透明物体。

5、由于多种因素的影响、 激光束的实际光斑可能比理论光斑要大。 因此， 在穿越障碍物测量时应有足够的视线空间，以避免障碍物反射光对测距的影响。

参考文献

[1] 徕卡公司，徕卡全站仪使用手册，徕卡公司编，2004.

[2] 张国梁，等；矿山测量学，中国矿业大学出版社，2008.

[3] 冯文灏，等；一种基于无反射镜测距仪的测量系统及其应用， 测绘信息与工程，2001.

[4] 杨瑞芳，等；对无棱镜测距全站仪的几点思考. 测绘信息与工程.2007.