浅谈免棱镜全站仪在矿山地形测量中的应用

　　摘 要：随着科技的更新换代，测绘仪器设备不断升级，新仪器的出现也带来了新技术的发展和革新, 在全站仪方面的重要发展是免棱镜全站仪的出现，它的应用在控制测量、地形测量和工程测量中都取得了良好的成效。免棱镜全站仪的视距由初期几十米发展到当前的一千米以上，视距的增长大大拓展了测量工作的业务范围，对于以前人们望而却步的悬崖峭壁的地形测量、地下大型工程的断面测量、建筑物的变形测量等产生了重要的效用。免棱镜测量的重要突破在于不需要在被测点上放置棱镜,在矿山测量中如遇非常危险的地方，使用免棱镜全站仪进行测量则不需要亲自攀爬。对于较难到达的危险地区，免棱镜测量具有速度快，精度高的特点，采用免棱镜全站仪测量不仅可以节约时间成本，更能较好地保障施工安全，极大地提高了劳动效率。

　　关键词：免棱镜全站仪;矿山测量;保障安全;提高效率

　　1 矿山地形测量现状

　　矿山地形测量是矿山其它工作的先锋，要开展矿山其他工作，做好矿山地形测量是基础。尤其是在险峻陡峭的矿山测量中，测量矿山的地形图，有些陡峭的地方人员无法到达;在露天采空区，测量采空区的边界。有了免棱镜全站仪之后，这些复杂危险的问题都迎刃而解了。不但降低了危险，还提高了工作效率，免棱镜全站仪的出现给矿山地形测量安全高效生产的实现提供了可能。

　　2 免棱镜全站仪应用

　　随着测量技术的发展与进步，许多新兴测量仪器设备迅速地更新发展。其中免棱镜全站仪作为新兴的测量仪器，其产生对于控制测量、地形测量、工程测量都具有重要的作用。由于不需要在目标点上安放棱镜，不仅减少了测量人员的奔波跋涉，而且大大拓宽了全站仪测量的工作范围，方圆600m之内的目标只要能看清，免棱镜全站仪就可以测回需要的数据。对于比较危险，测量条件恶劣的作业环境，其作用发挥的特别明显。例如对于人们无法攀登的悬崖峭壁的地形测量，对于采坑的边缘，存在滑坡的危险，地下大型工程的断面测量。采用免棱镜全站仪测量可以减少安全事故，节约时间，提高工作效率。

　　尤其是用边角后方交会的方法在矿山井下布设临时控制点，可以将控制点布设在洞壁上，避免了放样控制点的破坏。因此目前免棱镜测量已被广泛用于工程测量及施工测量等领域。免棱镜全站仪的特点：优点：可免棱镜测量目标位置的坐标，适合不宜放置反射棱镜或者反射片的地方的测距。例如，观测悬崖、石壁等的滑坡、变形测量，采空区边缘等。缺点：一般情况下，免棱镜测距时由于受到激光束的限制，对角落或者深色表面物件的测距效果不太理想，对于杂草较多的地方不能测量地表的坐标，出现不能进行正确测距或者测距误差较大。例如，在隧道施工时，在对水泥厚度或者护墙施工测量控制时，因为隧道光线不足、水泥等有深色时免棱镜测距往往就测不出。在矿山地形测量时，杂草较为密集，测量的高程就会出现误差。

　　3 免棱镜全站仪使用中的外业操作及内业处理

　　免棱镜全站仪的使用无疑给矿山等复杂地形测量的实现提供可能，但使用过程中必须严格遵守相应的规程，才能确保测量结果的可靠与实效。下面以新疆地区某矿山测量要求为例，简要谈谈免棱镜全站仪使用中的一些基本要求：

　　(1)全站仪仪器设置及测站定向检查要求。①仪器对中偏差应不大于5mm;②以较远的控制点标定方向，另一控制点作为检核，算得检核点的平面位置误差不得大于0.1m;③检查另一控制点的高程，其较差不得大于1/6等高距;④每个测站数据采集结束时，应对标定方向进行检核。检核结果如超出②、③两项所规定的限差，其检测前所测的碎部点成果须重新计算，并应检测不少于两个碎部点。

　　(2)草图绘制要求。

　　①草图应标注所测点的测点点号，草图上地物、地形点的点号与全站仪中记录的相应点数据点号必须要一致。②草图上地形要素之间的相关位置须清楚、正确。③地物属性等，草图上须标记清楚、正确。④草图上的线划、符号一般在现场完成,绘制草图所用符号，原则上应与地形图符号相一致，对于复杂符号，可只绘轮廓，也可用简化符号或自定义符号。⑤绘制草图时应仔细、认真，对无相应图式符号表示的建筑物设施，可实绘该物体的几何形状加注专名。⑥单位名称，自然地理名称，居民地、机关、学校、河渠、地物等名称应注记在草图上。其它图上内容按“图式”表示。⑦每天收测后，应及时将仪器中的数据输入计算机中并做备份。当天的草图应当天在计算机上成图，尽量做到在外业绘制草图的人员，在计算机上连线绘图。

　　(3)数据采集要求。①野外数据采集前应做好测站检查和测站记录。②测量碎部点时，坑上坑下注记清楚。③斜坡、陡坎比高小于1/2基本等高距或在图上长度小于5mm时可不表示。④遵循“看不见不测，看不清不绘”的原则。⑤每一测站工作完毕后，对照实地检查地物、地貌测绘有无遗漏。

　　(4)外业数据处理与编辑。全野外数据采集的数据处理与编辑，根据野外采集的数据和现场绘制的草图，使用测图软件，进行数字化地形图编辑。①数据编辑时应保证线划光滑，严格相接。②地形图上的高程注记点应分布均匀，一般间隔为图上3~4cm，地形变化大时可适当加密，路面中心在图上每隔5cm左右注记高程点，高程点注至厘米。③各等级的控制点及测站点整饰要按照设计要求。④名称的注记以挂牌为准。图名的选取应以图上的地理名称或单位名称作为图名，当图幅内无名称时，可不注记图名，只注记图号。图廓外图幅接合表中只填图号。(5)仪器架设要求。选择有利的控制点，最好是该控制点的视野比较开阔，全站仪观测的范围比较大，一般都会选择高一点的地形架设仪器，这样有利于提高工作的质量和效率。

　　(6)仪器的操作。架设全站仪后对中整平，首先要新建一个项目文件，让所有测量点坐标必须存储在同一个文件下。建立一个文件的目的是为了调用和使用方便。建立完文件之后就要设置全站仪，首先要输入测站点的坐标，之后要输入后视点的坐标，完成测站定向，检查正确无误之后即可开始测量碎步点坐标。(7)数据采集。所说的数据采集就是将施测测点，并将测量结果存入全站仪内存或DF卡。当第一站观测完之后就要选择下一站的有利位置，争取每次架设仪器的位置都能做到采集的数据最全面，采集的数据最多。(8)内业处理。外业数据采集结束以后可以通过数据线把全站仪和电脑连接起来,通过软件实施数据的传输,数据传输完毕后即可利用制图软件制作自己外业采集的数据,从而绘制出地形图。

　　4 免棱镜全站仪在矿山测量中的应用

　　在矿山测量中，有些地方测量人员无法到达，山体陡峭，安全无法得到有力的保障，有了免棱镜全站仪之后，这些问题就都不是问题了。

　　(1)免棱镜全站仪在矿山地形测量中的应用。免棱镜全站仪测绘技术已发展成熟，拓普康GM-100型免棱镜全站仪测角精度1″，测距精度 2mm+2ppm,免棱镜测程 1000m,可充分满足矿山地形测量作业的需要。首先在已知控制点上架设全站仪，对中整平之后建立项目，以另外的已知控制点作为后视，用棱镜定向检查坐标无误后，把全站仪观测的模式切换到免棱镜模式，这样就可以在不需要棱镜的情况下，全站仪可以直接照准目标进行坐标测量，按照地形测量要求，逐个采集野外地形高程点。测量人员可以不用在像以前一样拿着棱镜到处跑地形，大大减少了人员的奔波跋涉，提高了测量效率。对于有些悬崖峭壁，人员无法攀爬，目标测量位置只要在全站仪可测量距离内，就可以把此处的坐标采集到全站仪上，利用绘图软件绘制等高线。加强了安全保障，为测量人员减少了危险系数。对于无法达到的位置也可以利用免棱镜全站仪测量，达到了测量的规范要求，提高了测量的成果质量。

　　(2)免棱镜全站仪在矿山采坑测量中的应用。一般矿山采坑面积都会比较大，采坑的深度也会比较深，而且边坡经常有石子滚落还会出现滑坡现象，测量采坑上口的时候人员无法到达边沿，这不仅影响了测量的工作进度，更在一定程度上威胁到了测量人员的人身安全。利用免棱镜全站仪的技术采用到采坑测量上，观测人员可以在远离边坡的安全区域进行边坡现状测量，对无法到达的梯台也可以用免棱镜测量，从而获得精确的观测数据。为采坑土方测量边坡治理工作提供可靠有力精准的数据支持。(3)免棱镜全站仪对矿山高压线弧悬高的测量。在架设高压电线时，要考虑到高压线弧与地面或者水面的垂直高度，首先在被测高压线的旁边架设全站仪，在高压线弧垂直地面的位置选择一个目标测量出距离，利用免棱镜全站仪的悬高测量就可以测量出高压线弧的高度。

　　5 免棱镜全站仪在矿山测量使用中的优势

　　(1)提高了工作效率。免棱镜全站仪实现了可见及可测的目的,减少了劳动的强度,节省了时间,提高了测量效率。(2)节约人力成本。一个作业组只需要2个人就可以进行测量作业,一个观测仪器,一个定向。(3)保障安全生产。例如，观测悬崖、石壁等的滑坡、变形测量等人员无法到达的困难地方，利用免棱镜全站仪可以很方便地测得其坐标，从而确保了人员的安全。

　　6 免棱镜全站仪的缺点

　　(1)免棱镜全站仪适应反射条件号,没有什么遮挡物的地方,在一些反射条件不好的地方其测量精度将大打折扣。(2)免棱镜全站仪使用时耗电量相当大，因此在外业作业时应准备外挂电池。(3)多数免棱镜全站仪标明的测距在800~1200m范围不等，其实在野外实际操作的时候考虑到光线问题，一般的都只能测距到500~600m，所以一定要选择好架设仪器的位置。7 结束语全站仪是目前外业测量最为普及，也是最为实用的仪器，随着生产的发展和科技的进步，测量对全站仪的应用和开发提出更高的要求，我们应通过总结经验，交流体会，从而为全站仪的应用提供更为广阔的前景。

　　参考文献：

　　[1] 范百兴.夏治国全站仪无棱镜测距精度分析[M].北京测绘,2004(1).

　　[2] 朱顺平.薛英无反射棱镜全站仪及其测试[M].测绘通报,2001(3).

　　[3] 张正禄.工程测量学[M].北京:高等教育出版社，2004.

　　[4] 潘正凤.杨正尧数字测图原理与方法[M].武汉:武汉大学出版社，2006.

　　[5] 张国良.矿山测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.

　　选自期刊《西部探矿工程》2022年第7期

　　作者：姚加宁*，陈佳春(新疆臻冠达农业科技有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)