云峰镇连头乌龟岩背花岗岩矿地形测量毕业论文.doc

i 武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院 毕毕 业业 论论 文文 遂昌县云峰镇连头乌龟岩背花岗岩矿地形测量遂昌县云峰镇连头乌龟岩背花岗岩矿地形测量 学 院 测 绘 学 院 专业名称 测量工程技术 学 号 201063103631 姓 名 郭 祥 龙 指导老师 张 朝 玉 二一二年三月 ii 摘摘 要要 本文主要内容，着重介绍高程控制测量技术，包括水准测量、三角高程测量的基本方 法，然后分别讨论了线路放样及坐标计算，同时贯穿着整个矿山的测量方法与图后的处理 工作。 在矿山测量的施工过程中，除了平面坐标控制、高程测量,对点的布设及埋石也是必不 可少的。高程测量的主要方法有水准测量和三角高程测量。水准测量方法简单，且精度较 高，是高程测量的主要方法。在一些特殊条件下无法采用水准测量时，三角高程测量可以 代替水准测量高程，精度同样满足施工要求。随着全站仪的广泛使用，全站仪精度的提高， 三角高程测量的方法的更新，全站仪测定三角高程操作更简单，实测速度更快。 关键词：施工放样；水准测量；三角高程 1 目目 录录 第一章第一章 概况概况 1 1 1.1 工程简介 1 1.3 已有资料 1 1.4 人员及仪器设备的准备 1 第二章第二章 矿山施工测量矿山施工测量 4 4 2.1 坐标计算及测量放样 4 2.2 施工测量坐标放样 5 2.3 三角高程测量 6 2.4 全站仪安置在测站的三角高程测量 7 2.5 全站仪安置在任意一点的三角高程测量 7 2.6 精度估算 8 第三章矿山井下测量中的主要问题第三章矿山井下测量中的主要问题 9 9 3.1 井下测量方案 9 3.2 矿井测量方法 9 3.3 井下测量遇到的问题 10 3.4 针对矿山井下测量出现的问题应采取的对策 10 第四章第四章 地形图测绘地形图测绘 1212 4.1 平面坐标系统、高程系统和基本等高距、图幅分幅 12 4.2 碎部点高程测注以及测量数据编辑 12 第五章第五章 技术总结技术总结 1313 参参 考考 文文 献献 1414 1 第一章 概况 1.1 工程简介 本项目所在区域为遂昌县云峰镇连头乌龟岩背的花岗岩矿，受遂昌县国土 资源局的委托，我公司对遂昌县云峰镇连头乌龟岩背花岗岩矿矿区进行 1：2000 数字地形图测量工作。 测区位于遂昌县城北东 55方向，直距约 13km，云峰镇连头村北东约 500m 处，行政隶属遂昌县云峰镇连头村管辖。本测区位于东经 11921、北纬 28 41附近；测区实体面积（即水平投影面积）约为 0.9887 平方公里。 测区为丘陵地区、山地广布，海拔 250m 至 510m。山地多为树木，山上灌 木丛生，通视条件较差，而且本测区为一露天开采矿山，测量时对选点有一定 的要求。这些都给测绘工作带来一定的困难。为保证生产质量、施工进度及后 续工程服务，我公司组织专业技术小组进行踏勘、搜集资料，严格按质量管理 体系操作运行。 1.3 已有资料 1）范围：根据预定方案设定的位置（1：1 万地形图） ，和有关资料进行 1：2000 地形图的测量。 2）遵照国家颁布的工程测量规范 （gb50026-2007）进行 1：2000 地形 图测量，布设一级导线平面控制点、四等水准高程控制点；按 500 米的密度进 行设立，实地测绘点之记。 3）以上成果要求提供一套数字化地形图电子文件及纸质地形图。 4）本工程收集到两个 d 级 gps 平面控制点 g14、g15 作为本工程平面控制 起算点。 5）本工程收集到 g14、g15 两个四等水准高程控制点，系 1985 国家高程基 准成果，作为本工程高程控制起算点。 6）委托方提供的 1：1 万地形图，1：1 万地形图的地物、地貌逼真，取舍 恰当，为本次测量工作的交通、选埋、控制点联测及测图分幅等提供了方便。 7）起算数据列表如下表 1-1。 起算数据表 1-1 点名标志x 坐标y 坐标备注h 高程备注 g14 混凝土桩 3174125.86240436541.911 d 级 gps 点 257.777 四等水准点 g15 混凝土桩 3173964.63840436581.446 d 级 gps 点 283.682 四等水准点 2 1.4 人员及仪器设备的准备 1）本项目要用到仪器设备有：用于高程控制的水准仪及成套设备见仪器设 备（表 1-2）和用于坐标控制的全站仪及其成套设备见仪器设备（表 1-3）以 及戴尔便携式笔记本电脑 1 台、惠普笔记本电脑两台、hp laserjet 1150 激光 打印机 1 台、hp designjet 500 plus 大幅面绘图仪 1 台、对讲机 5 台及各相 应配套设备。 测量仪器设备表 1-2 设备型号性能图示 水准仪拓普康 at-g2 精度 mm/km：0.7 放大倍数：32x 自动安平精度：0.3 三脚架南方 ats-5 最大长度 1650mm 最小长度 970mm 塔尺南方 alr2(5m) 最大长度 5m 最小长度 1.3m 五节折叠 坐标放样仪器设备表 1-3 仪器设备型号指标图示 全站仪拓普康 625 角度测量精确度 4，距离测量精确度 2mm +2ppm 脚架南方 ats-2 最大长度 1700mm 最小长度 1000mm 3 棱镜拓普康 ads-11 有效直径: 64mm 棱镜常数: 0mm 2）进场后，工程技术人员在开工前要全面熟悉图纸资料、施工技术规范、 复拟图表中各个数据的正确性，了解设计意图，然后按照图纸资料，施工技术 规范的要求进行施工测量。测量前要求设计单位到施工现场进行技术交底，沿 线等线点、水准基点桩以及一些其它重要桩位。组织测量人员进行全面复测， 将相关资料报监理工程师进行审核、批准。 4 第二章 矿山施工测量 为了保证工程的顺利进行，公司组织了技术人员对本工程可预见的技术难 点、工程质量及进度、安全生产等问题进行了讨论；本工程是块状地形，约 0.9887 平方公里，经讨论决定平面位置采用导线控制测量，联测高等级控制点， 以闭合导线的形式布设一级导线；高程测量由于一般的四等附和水准路线控制 的路线不长，路线过长时最弱边点中误差难以保证，故决定采用布设四等水准 网的方式进行施测，以确保四等水准高程的精度，平差时按结点网进行严密平 差，在施测过程中，与三角高程进行比较，发现问题便及时处理。 2.1 坐标计算及测量放样 在施工测量中，有些放样点矿山并不具备，要求我们计算储量，而复化辛 普生公式适合各种线型点位坐标的计算。 复化辛普生公式为: )sinsin2)sin(sin4(sin 6 )coscos2)cos(cos4(cos 6 12/32/1 12/32/1 iaa iaa h yy h xx (3-1) 式中: 180 )( 2 1 aiaiai dkdk )( ai ab ab ai dkdk dkdk 2 ai dkkdk h hdkdx a 1 2 1 2/1 dxdk dx a 2 2/3 ia dkdx dx )90sin( )90cos( ill ill dyy dxx 5 )90sin( )90cos( irr irr dyy dxx 其中,为曲线元起点 a 的纵，横坐标；为曲线元起点 a 的切线 a x a y a 方位角；为里程点的切线方位角；为里程的切线方位角； 1 1 dx 2/1 2/1 dx 为里程的切线方位角；为曲线元上待求点 i 的切线方位角； dk 2/3 2/3 dx i 为曲线元起点 a 的里程；dk 为曲线元终点 b 的里程；dk 为曲线元待求点 i ab i 的里程；为曲线元起点 a 的曲率（曲率为半径的倒数） ；为曲线元终点 b a b 的曲率；为曲线元待求点 i 的曲率；当曲线右偏时，取正；当曲线 i a b 左偏时，取负。x ,y 为左边桩点位坐标，右边桩点位坐标，d a b llrr yx , ,d 分别为左右边线距中线的平距。 lr 2.2 施工测量坐标放样 坐标放样法就是利用坐标作为测量要素将工程部位的坐标值通过极坐标法 放样，用以控制工程。有了方向和距离就可以确定一个点位，这便是坐标控制 的基本原理。为了方便计算和操作，一般使用方位角来作为方向控制。 如有两点 a(,),b(,)从 a 到 b 方位角 和距离 的计算公式分别 0 x 0 y 1 x 1 y l 是： （0 ） )arctan( 01 01 xx yy 01 xx 当=0 时，为平行于轴的直线 01 xx y 2 0 2 0 )()(yyxxl 对于方位角，还需判断其所在象限。当： 、，在第一象限； 0) 01 xx（0)( 01 yy 、，在第二象限； 0) 01 xx（0)( 01 yy 、，在第三象限； 0) 01 xx（0)( 01 yy 、，在第四象限； 0) 01 xx（0)( 01 yy 放样操作中，首先置镜于已知点，后视相邻的已知点。计算出方位角，输 入到仪器中作为起始方向，此后仪器任意旋转位置的目标方向都是置镜点至目 标点的大地方位角。通过计算所要放样点的方位角和距离，拨转仪器到这个方 位角。在此方向上架设棱镜，测距离，并与计算距离作比较，前后移动棱镜， 直至所测距离与计算距离相差达到允许范围内，此点即为所放样点。在一个已 知点上，可以一次完成大量的矿山放样，其精度高，受限制的因素少。为了施 工方便，已知点都设在平坦、视野开阔的地方，放样时可以确保仪器的稳定性 又方便。随着仪器的制造厂商在不断的改进仪器，功能越来越齐全。全站仪和 y x 6 智能全站仪，利用菜单功能，操作更方便。 2.3 三角高程测量 在矿山测量的深层处理中，水准测量受地形特殊施工条件限制外业工作量 大，施测速度慢。三角高程测量是一种间接测高法它不受地形起伏的限制，且 施测速度较快。全站仪三角高程测量可以不受地形限制，在高程放样中具有水 准测量无法比拟的优越性。全站仪三角高程测量完全可以代替水准测量。在传 统的道路施工测量中，全站仪主要用于平面测量，而高程主要靠水准测量，近 年来随着全站仪精度的提高，三角高程已经可以在工程施工中用全站仪代替水 准仪进行高程测量。 设 a，b 为地面上高度不同的两点。已知 a 点高程，只要知道 a 点对 b 点 a h 的高差即可由得到 b 点的高程。 ab h abab hhh b h 图 3-3 三角高程测量 图中：d 为 a、b 两点间的水平距离 为在 a 点观测 b 点时的垂直角 为测站点的仪器高，t 为棱镜高 i 为 a 点高程，为 b 点高程。 a h b h 为全站仪望远镜和棱镜之间的高差（） vadvtan 首先我们假设 a，b 两点相距不太远，可以将水准面看成水准面，也不考虑 大气折光的影响。为了确定高差，可在 a 点架设全站仪，在 b 点竖立跟踪杆， ab h 观测垂直角 ，并直接量取仪器高 和棱镜高 t，若 a，b 两点间的水平距离为 i d，则，故 tivhab tiadhh ab tan 这就是三角高程测量的基本公式，但它是以水平面为基准面和视线成直线 为前提的。因此，只有当 a，b 两点间的距离很短时，才比较准确。当 a，b 两 7 点距离较远时，就必须考虑地球弯曲和大气折光的影响了。这里不叙述如何进 行球差和气差的改正，只就三角高程测量新法的一般原理进行阐述。我们从传 统的三角高程测量方法中我们可以看出，它具备以下两个特点： 全站仪必须架设在已知高程点上 要测出待测点的高程，必须量取仪器高和棱镜高。 2.4 全站仪安置在测站的三角高程测量 一般来说为了选线、测带状地形图及施工测量方便，导线边长在 1200m 属 正常，但是设计、施工之间有一定时间间隔，控制点难免有损坏，而且有些线 路设计单位本身布网点间距就大，在创业路所见导线平均边长 500600m， 个别达到千米。当导线边较长、倾角较大，应将斜长化为平距并将水平长度归 化到投影水准面上。 设斜边长为 l，斜边长 l 投影在水准面上的长度 s，地球曲率影响的角度 为 s 所对应地球圆心角,天顶距，折光角。仪器高 ，棱镜高 。 a 1 iv 考虑到， 12/cos112/cos vialalh) 12/sin(sincos 设近似高差 alhcos 近似高差的改正值 ) 12/sin(sinalh vihhh 往返测量高差的差值： )()() 12/sin(sin2 bababaab vviialhhdh 取往返测的高差平均值进行平差得到最终高程。 2.5 全站仪安置在任意一点的三角高程测量 如果我们能将全站仪像水准仪一样任意置点，而不是将它置在已知高程点 上，同时又在不量取仪高和棱镜高的情况下，利用三角高程测量原理测出待测 点的高程，那么施测得速度将更快、精度更高。假设 a、b 点的高程已知，这里 要通过全站仪测定其他任意待测点的高程。 )cos()(vialhhh bai 或 上式除了的值可以用仪器直接测出外，都是未知的。但有一 coshal即vi, 点可以确定即仪器一旦置好， 值也将随之不变，同时选取跟踪杆作为反射棱镜， i 假定 v 值也固定不变。 8 基于上面的假设，在任一测站上也是固定不变的， )()h( b vihw a 或 而且可以用 a、b 点的高程计算出它的值 w。根据 w，测量任意点得到， alcos 不用测量仪器高 ，棱镜高 。可以通过观测、计算热议点高程。 iv alwhicos 2.6 精度估算 采用加工精度较高的架腿，仪器高、棱镜高的误差很小，可不考虑；而且 在上述 2 中已不存在仪器高、棱镜高的误差，设测站 a 点斜距为 l，天顶距为a 则高程，根据误差传播定律的精度为 vialhh ai cos i h 22222 )()(cos)/()sin( lh mamaalm i 侧边误差对高程的影响随着倾角的增大而变大，倾角误差的影响随着倾角 增大而变小，取全站仪测角精度,测距精度mm，导线点距 5 . 0 )1013 . 0( 6 离 100m 时，测距误差0.4mm，=0 时mm。 a 001 . 0 i h m 具体高程放样方法如下： 在测站点安置全站仪，精确测量仪高； 在菜单进入放样； 选取放样数据，按 s-o，输入模式将在斜距、平距、高差、悬高间切 换，按读取可调用内存中的已知高程，按观测进行放样； 表示低于放样高程，表示高于放样高程，按屏幕显示上下移动棱 镜； 放样结束在对中杆底部所对位置坐好标记，土方工程一般用桩标记或 标记在桩顶或用油漆标记在桩侧，桥涵混凝土工程一般用油漆标记在混凝土壁 或模板上； 复核检测放样点高程 在实际工作中高程放样直线角度放样，坐标放样同步进行。 不管是用 ds1、ds3 水准仪进行水准测量，这样的三角高程测量精度比他们 一点不逊色。当然，全站仪厂家不同，型号各异，精度不同。但考虑水准仪测 量误差及在山地测量的不便，大力推广全站仪三角高程测量还是很必要的。 9 第三章矿山井下测量中的主要问题 受限于巷道形状，导线只能沿巷道布设，选择余地小，并且井下存在倾角 很大的斜巷（倾角 1530度）；井下光线差，空间小，有施工干扰；导线点一 般应布设于巷道顶板，以便于保存，不过各测点之间的通视性低。井下潮湿； 冬季由于井上、井下温差大，从井上带入井下的仪器容易凝结水汽，对电子仪 器产生损害；因此，要求电子仪器有相应的防水等级并注意仪器的保暖。 3.1 井下测量方案 在已完成贯通的井下巷道中，布设符合导线或闭合导线或导线网；在未完 成贯通的独头巷道中布设支导线，为提高支导线的可靠性，可布设交叉双导线 网或任意的复测支导线。根据设计要求进行一个测回或多个测回观测。 测量导线时，可选择用全站仪快速测量导线的方法，方法如下： 选用三至四套标准的脚架和基座，当安置仪器时，同时安置好另外三个棱 镜，当仪器测完迁站时，仅将仪器头旋下，留下脚架和基座；把仪器头直接插 入原安置棱镜的相邻点基座即可，原安置仪器的基座插入棱镜，这样可省却对 中整平的时间，提高工作效率；缺点是所需棱镜及脚架增多，人员也要增加。 由于导线点选择余地小，可能存在长度在 10米左右的极短边，要特别注意 提高极短边两侧的仪器及目标对中精度，以提高测角精度。下面估算一下对中 误差对测角的影响，假如对中误差 2mm（假如正好在测角边垂直方向上），导 线长度 30m，则对所测方向影响如下： 2（30103）206265137，因此在边长小于 30m时，对中 误差是主要误差，所以在短边两侧的导线点上应该增加测回数，在测回间重新 对中，以提高测角精度。当对导线精度要求很高时，可以采取在短边的下一相 邻边加测陀螺定向方位角，控制测角误差向下传播。 3.2 矿井测量方法 井下测量需在目标点和摆站点提供灯光照明，观测远处目标时需用手提灯 照明。 井下顶板点要采用镜上对中，仪器对中整平方法和镜下对中不同，方法 如下：首先在顶板点上悬挂垂球（垂球线须能伸缩，以方便调节垂球高度）， 将脚架大致放平后置于垂球正下方，安装仪器；移动脚架使仪器中和垂球偏移 距离小于仪器在脚架上的可移动距离；开始整平，整平时用脚螺旋整平（因此 要求仪器起始时不能太斜），整平时不可伸缩脚架（会导致对中偏离太大）， 整平后，若对中有偏移，旋松仪器固定螺丝，平移仪器，使精确对中，然后再 10 精确整平。此时如果对中不太精确，可依上述步骤反复几次，直到满足要求。 对配合目标的要求：垂球尖端要在垂球线的延长线上，垂球要进行稳定后 再作为进行照准和对中的基准（很难稳定时，必须以垂球摆动的中心为基准）； 若悬挂棱镜，则此棱镜的中心必须在测点的垂线方向上；若棱镜安置在脚架上， 由于棱镜可上下俯仰，必须以棱镜的旋转中心作为对中的基准；在测距时棱镜 严格对准全站仪，减小测距误。对顶板埋设固定点的要求：埋设标志应能长 久保存埋设标志上应有一个唯一并且精确的位置，以悬挂垂球，并且应能保 证每次悬挂垂球都在一个位置，从而提高固定点的测角两边精度，还方便以后 使用时，精度也很高。 3.3 井下测量遇到的问题 观测员读错数测量员是测量工作的主体，一定要用认真负责的心态去工作， 但有时会有些意外的事情。他读错的时候往往会发生在整度上。如弯道标定时， 其中前视读数为 180整，此时度盘刻画线 179和 180两个数正好卡在游 标线的两端。仪器操作员错把 180，读成了 179，方位正好错了 1，用 这个错误的结果进行标定，最终造成测量错误。 工具遗漏在井下进行测量工作，有时候到了井下才发现了自己的工具没带 全。比如:忘记带笔、钢尺、垂球、记录本、等等。虽然是这些小东西，但到了 井下依然没有办法去工作，费工费时，还影响井下的施工，给整个矿山的生产 秩序造成不良影响。 罗盘使用误差如果是用罗盘测量，有时候由于测量人员的粗心大意，会不 小心把罗盘的南北方向弄反；或者坡度的正负值读反。这样测量出来的结果都 是错误的，一定要避免这种情况的发生。 旋挂罗盘使用误差使用旋挂罗盘测量时，如果错误的把点设在金属棚上， 因为罗盘里有用磁铁做成的零件，铁棚会和磁铁零件产生相互吸引的现象，就 使磁针在测量中发生偏差，这样测量出来的结构肯定也会出现误差。 测量点的选择误差为了方便，把测量点选在木棚上或把点定在较破碎的顶 板上，这样定点虽然比较快，但是木棚时间久了甚至腐烂倒塌；而选在破碎的 板顶上，在放炮时产生的震动，有时候会震掉测量点。这样就很不利于下次的 测量，从而导致测量的结果有较大的偏差。 磁偏角的遗漏每个地方都有不同的磁偏角，有时候测量人员在工作时不小 心把磁偏角遗漏了，这样的小问题也会造成测量结果的误差。虽然规程有规定， 但是在井下工作时，有些人也会粗心大意，在测量中对数据记录不全面，如仪 器高、前视点高、点距两帮的距离、巷道高度等等。特别是测量最后一站的前 视点高，总是会急着标定而忘记数据的记录。这样总会造成在升进后还没有退 11 出最后一个定点的数据。 3.4 针对矿山井下测量出现的问题应采取的对策 消除不必要的测量点每次测量时，要把测量点周围影响测量的因素清除， 以防以后用错测量点。同时，每次测量时前视员应把导线点亲自指给仪器操作 人员看。同样，仪器操作人员应把测点亲自指给后视员看，这样可以避免用错 测点，造成不必要的错误，工作中一定要细心对待。 检查工具是否带齐全下井进行测量工作前，要先检查有没有带全测量工具。 在下井前测量人员要互相检查测量工具笔、垂球、起始数据、线、钢钉、红漆、 钢尺、皮尺、坡度规等测量工具有没有带齐全；可设专门人员对测量工具进行 保管，要用时由工具管理人员清点好工具，这样才能使测量工作正常的进行， 才能避免因测量工具没带全而影响了测量工作。 南北测量在南北测量时，有时候会因为测量人员的疏忽大意把南北方向弄 反，所以测量人员一定要注意在测量前，要认真的确定好南北方向再进行测量； 记录人员在记录色两数据的同时，还要一边画测量草图，以便于进行对比。如 果南北方向弄反了，可以在原来的方位上加减 180度。测量人员和记录人员在 测量坡度时，要明确坡度的正负值，如测量人员读错了坡度的正负值，记录人 员应立即指出测量人员读的坡度值是错误，要及时的发现问题并当时更正。 罗盘远离金属器材用罗盘测量时应尽量把点位设在远离金属器材的地方， 要养才能防止因为外界因素影响到最终测量的结果，从而提高精确度，保证测 量的精度。 要做好测量点的定位井下测量时，导线点最好选择在顶板较好，较稳定的 地点，钉牢固。为了不让定点因震动等因素产生位移，提高测量点的精确性， 定好点后最好用水泥和水玻璃糊上。这样避免了由于测量点的错位给测量造成 不必要的误差。 磁偏角要牢记测量人员应把当地的磁偏角牢记在脑海中，要在工作中不焦 不躁，认真细心的记好磁偏角，计算过程中最好有 2人互算，要确保计算后的 数据的精确性和可靠性。另外，井下测量还与测量人员的细心、心理素质有关， 测量人员在测量时应有强烈的责任感，认识到自己工作的重要性。记录数据时 应核对 2遍，防止因为粗心大意导致抄错，避免不必要的错误；测量人员在测 量过程中要有很好的心理素质，排除外界一切的不利影响，不急不躁，专心的 做好测量工作。 12 第四章 地形图测绘 随着电子科技的不断发展，地理信息系统（gis）的不断完善，电子文件地 形图已逐渐取代了手工绘图。且电子文件地形图以坐标方式记录图形要素的几 何位置，以编码方式记录图形要素的属性，给设计人员提供了极大的方便。本 工程成图时使用“南方 cass7.0 测图系统软件”进行编图、坐标网格注记、图 幅整饰，将修改好的地形图使用 hp designjet 500 plus 大幅面绘图仪打印出 来，刻录成光盘提供给用户使用。 4.1 平面坐标系统、高程系统和基本等高距、图幅分幅 1）平面采用 1980 西安坐标系、高程采用 1985 国家高程基准。 2）比例尺 1：2000 的地形图基本等高距为 2 米。 3）1：2000 图幅采用 5050 正规分幅；地形图的编号采用图廓西南角坐 标千米数编号法，x 坐标在前，y 坐标在后，中间以短线相联；图幅内有明显地 形、地物名称的应用以标注图名。 4）图幅编辑时，图名、图号应注写在图幅上部中央，且图名在上，图号在 下；图幅接合表绘在图幅左上角，在外图廓的左下方应注记测图日期、测图方 法、平面坐标和高程系统、等高距及地形图图式的版别；在外图廓下方中央应 注写比例尺。在外图廓的左侧偏下位置应注明测绘单位全称。 4.2 碎部点高程测注以及测量数据编辑 1）高程注记点用全站仪直接施测。 2）高程注记点应尽量分布均匀,在地形图上其密度为每平方分米 515 点。 3）对于田角、房角、桥中心、道路交叉转折点、地形起伏变化处、单位的 主要出入口等地形特征点应优先测注高程,双线道路、主要堤堆顶,图上每