矿山测量培训教程郑1-2

电子教程,地下工程测量山东科技大学测绘科学与工程学院,山东科技大学测绘科学与工程学院,第一章概述（第一节地下工程的种类及特点）,一、地下工程的种类地下工程根据工程建设的特点可分为三大类：1、地下通道工程：如隧道工程、城市地下有轨交通工程、上下水道、电力及瓦斯管道等；2、地下建(构)筑物：如地下工厂、地下式住宅、地下停车场、地下文化娱乐设施以及军事设施等；3、开采各种地下矿产资源（金属和非金属）而建设的地下采矿工程。另外也可根据地下工程的施工方法分为明挖法和暗挖法。,第一章概述（第一节地下工程的种类及特点）,二、地下工程测量的特点1.地下工程施工环境差。边长有时较短，测量精度难以提高；2.地下工程的坑道往往采用独头掘进，点位误差的累积较大；3.控制测量形式比较单一，往往只能采用导线形式；4.一般先以低等级导线指示坑道掘进，而后布设高级导线进行检核；5.由于地下工程的需要，往往采用一些特殊或特定的测量方法和设备。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第一章概述（第二节地下工程对测量的要求）,要求：1.应严格按照“测量三原则”进行测量工作；2.应依据工程性质及工程限差要求合理制定各项测量工作的限差（如立井贯通时，影响贯通质量的是平面位置的偏差，高程误差对贯通质量影响不大。因此煤矿测量规程规定其平面误差小于0.2m，高程误差小于0.5m）；3.为保证地下工程的施工质量，在工程施工前，应进行工程测量误差预计。4.在地下工程中应尽量采用先进的测量设备（如GPS测量技术、高精度陀螺经纬仪等）。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第一章概述（第三节地下工程测量的内容）,内容：1、在地下工程规划设计、施工阶段，视工程规模的大小和建筑物所处的地下深度，需要测绘各种大、中比例尺地形图及纵、横断面图等；2、在施工阶段，应进行施工控制测量以及建（构）筑物的定线放样测量，保证地下工程按照设计正确施工；3、地下工程竣工测量，地下工程竣工后要测制竣工图和记录必要的测量数据，在经营管理阶段还要进行地下工程的设备安装、维修、改建、扩建等各种测量工作；4、在施工前及经营期间，应对地面、地面建筑物、地下岩体进行系统的变形观测，以保证安全施工。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）,一、地下工程测量的研究应用领域地下工程测量学主要包括以工程建筑为对象的地下工程测量和以机器设备为对象的工业测量两大部分，主要任务是为各种服务对象提供测绘保障，满足它们所提出的各种要求，可分为普通地下工程测量和精密地下工程测量。精密地下工程测量代表地下工程测量学的发展方向，大型特种精密工程是促进地下工程测量学科发展的动力。,山东科技大学测绘科学与工程学院,二、地下工程测量技术目前的发展状况1.传感器的研究动态、应用与集成传感器泛指各种能自动化、高精度地采集数据的设备（如GPS接收机、激光跟踪仪、智能全站仪、CCD数码相机以及工程岩土位移伸缩计、流体静力水准等）。当今，新型、高精度和实时动态性是保证结构复杂的大型工程安全施工和运营的重要保障。因此，需要充分利用传感器的自动化和高精度的特点，来实现数据的自动采集、传输、处理和表达。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）,2.激光扫描仪的研究与应用激光扫描仪是近几年出现的一种新型的传感器，激光扫描仪的突出优点是不需要反射合作目标，速度快、精度高，主要用于快速、精确地测定物体的表面形状，尤其适合于形状和结构特别复杂的对象，如工业设备测定、古建筑测绘等。在工业测量、古迹文物保护、土木工程文档和变形监测等方面都得到广泛的应用。目前对其研究的重点集中在两个方面：一是测量精度的研究，包括距离测量精度、角度测量精度、物体表面影响和同名点的匹配精度等；二是具体的实际应用，如建筑物文档的制作，工厂复杂管道三维模型建立，工程施工和竣工的形状资料等。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）,3.变形监测变形监测的自动化应该是数个测量传感器和“非测量”传感器组成的联合自动化系统。目前的监测手段还是以GPS、马达驱动的全站仪和数字水准仪为主体。同时流体静力水准、倾斜测量仪、温度传感器、风力传感器、光纤位移传感器等的应用也越来越广泛。各种传感器的使用，不仅可连续地测量变形，而且可连续测量包括温度、水位、气压、荷载、风力、降雨、湿度等环境数据对变形体的影响。因此，变形监测的数据处理主要集中在对连续时间序列的处理、对多传感器数据的联合处理、变形可视化表达和建立变形动态模型等几个方面。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）,4.测量仪器的检校随着各种高精度的数字化仪器(传感器)的出现，如何选择更高精度的设备和方法对它们进行有效的检验，也是地下工程测量技术发展的一个重点。如数字水准仪、电子经纬仪、流体静力水准系统、三维激光扫描仪、倾斜测量仪等到底能达到怎样的精度，如何检测其精度，它们在实际运行中的姿态对测量结果产生多大的影响，外界的环境因素的变化影响有多大等，有很大的发展空间。而且检测结果不仅是仪器使用者所关心的问题，也是仪器制造商关心的问题，也属于地下工程测量需要研究和解决的问题。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）,5.高精度的陀螺经纬仪陀螺经纬仪可以确定过测站的子午线方向(陀螺北方向)和测线的陀螺方位角的仪器，是矿山、隧道等地下工程测量中的定向主要设备。由于陀螺仪定向的人工观测过程费时费力,很容易造成返工且精度受到限制,所以便出现了自动跟踪观测及自动数字显示等的陀螺经纬仪,这是能够自动。新一代的陀螺经纬仪是由微机控制，仪器自动、连续地观测陀螺的摇动并能补偿外部的干扰，观测时间短、精度高，如Cromad陀螺经纬仪在7min左右的观测时间能获取3的精度，比传统陀螺经纬仪精度提高近7倍，作业效率提高近10倍，标志着陀螺经纬仪向自动化方向迈进。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第一章概述（第四节地下工程测量的发展史）,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,地下工程地面平面控制网的基本特点：(1)控制网的大小、形状、点位分布，应与地下工程的大小、形状相适应，点位布设要考虑施工放样的方便，隧道控制网一定要保证隧道两端有控制点；(2)地面控制网的精度，不要求网的精度均匀，但要保证某一方向和某几个点的相对精度高，如隧道控制网要能保证隧道横向贯通的准确性；,(3)投影面的选择应满足“控制点坐标反算的两点间长度与实地两点间长度之差应尽可能小”的要求。如遂道施工控制网一般投影到隧道贯通平面上，也可以将长度投影到定线放样精度要求最高的平面上；(4)坐标系应采用独立的建筑坐标系，其坐标线应平行或垂直于建筑物的主轴线。主轴线通常由工艺流程方向、运输干线或主要厂房的轴线所决定的。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,一、地下工程平面控制网的种类及特点测量控制网的定义：测量控制网是工程建设项目的空间位置参照框架，是针对某项具体工程建设测图、施工、竣工、管理等的需要，在一定区域范围内布设的平面和高程控制网。控制网具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。控制测量的目的：是为地面的大比例成图、施工放样、变形观测和地下控制测量传递地面坐标，建立整体的控制基础。,山东科技大学测绘科学与工程学院,（一）地下工程平面控制网的种类控制网可根据现场地形、工程大小和要求以及现有的仪器设备，在确保工程质量的前提下，可选择导线网、测边网、边角网、GPS网等。1.导线网导线测量是地面控制的一种重要方法，随着测距仪(全站仪)精度的提高，给导线测量提供了十分方便的条件。导线测量相对于三角测量具有更大的灵活性，作业方便、计算简单，在隧道的地面控制中广泛应用。导线测量的不足之处就是检核条件远不如三角测量。为了解决此问题，在实际中一般都把导线布设成网形或闭合环形，单一导线很少使用。,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,在特别困难地段布设导线，可布设成成主、副导线的形式，以主导线测距测角，而副导线上仅测定转折角，如图所示，其中角0、0为主、副导线之间的连接角。通过导线平差计算后，可增加主导线的检核条件并进一步提高对横向误差的控制。,山东科技大学测绘科学与工程学院,对于直伸型或近于直伸型的隧道，如果以导线作为地面控制，为了减少导线量距误差对横向贯通误差的影响，应尽可能将主要导线点沿隧道中心线布设成直伸型，而导线点不宜过多。,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,2.三角网（很少用）三角锁的布设最好在垂直于贯通面的方向直伸，图形最好以单三角形组成。如果三角锁能沿垂直于贯通面的方向布成直伸形，这样传距角大小的限制可以放松，此时边长误差对横向贯通精度影响也大大减少。在隧道的每一个入口处都要布设一个三角点，该点最好纳入同级网，与主网一起平差。,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,隧道三角锁的观测精度，应根据横向贯通误差的允许值和布设图形确定。精度要求不宜太高，但应留有一定的余地。当经误差预计，地面控制网精度不能满足贯通的精度要求时，可加测边长，组成边角网。地下工程较小时，地面控制可采用插点或插网的形式。当地下有重要工程时，一般不宜采用插点插网形式。由于条件关系，必须采用插点插网时，应与原网一起观测，一起平差，以防原网的误差影响。,山东科技大学测绘科学与工程学院,3.GPS控制网GPS测量的特点是对点间的边长没有限制，也不要求两点间通视，而且所测的点位精度均匀，与常规方法相比，具有很大的优越性和灵活性，适合各种地下工程的地面控制测量，尤其适合山岭地区大型隧道和跨河、跨海隧道的地面控制测量。服务于地下工程的GPS地面控制网。应根据工程的大小、范围、精度和点位密度的要求布设网点，不过分地要求点位均匀，平均边长从几百米到几公里不等，以满足工程需要为原则。,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,GNSS控制测量GNSS：全球导航卫星定位系统。全球性的位置和时间测定系统，包括一种或几种卫星星座、机载接收机和系统完备性监视系统。以分布在空中的多个卫星为观测目标来确定地面点三维坐标的定位方法。,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,GPS系统的组成三个组成部分：GPS卫星（空间部分）地面监控系统（地面监控部分）GPS接收机（用户部分）。,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,20世纪80年代末，全球卫星定位系统（GPS）开始在我国用于建立平面控制网。目前，GPS已成为建立平面控制网的主要方法。应用GPS定位技术建立的控制网称为GPS控制网，按其精度分为A、B、C、D、E五个不同精度等级的GPS控制网。在全国范围内，已建立了国家GPSA级网22个点、B级网818个点。,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,具体要求1）网点应满足一定的精度要求，合理地确定施测精度标准，既能保证当前工程的需要，又留有适当的余地；2）遵循统一的测量规范、按等级标准设计和作业；3）网形设计：GPS网形设计是施测方案的基础，它侧重考虑如何检核GPS数据质量和保证点位精度。为了检核GPS数据质量，GPS网应当构成闭合环状。4）时段设计：时段越长，越有可能选取图形强度较好的星组的观测数据。应依据测站的概略坐标及卫星星历作外推预报，择最佳观测时段。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,三、隧道地面平面控制测量若有位于隧道洞口的两个导线点互相通视或有高一级控制网的一条边(如图所示)则较好。此时，地面控制网对地下贯通的横向误差没有影响，只是控制网的AB长度对地下贯通的纵向误差有影响。,对于山岭隧道，很难使洞口附近的两个控制点之间直接通视。但可在中间山脊上设一个控制点，使它分别与A、B两点通视，或者使AP、BP为地面控制网中的两条边（如图所示）。只要水平角APB的精度足够高，AP、BP两边的方位角相对误差就会很小。这样也可显著地减小地面控制网方位误差对贯通横向误差的影响。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,四、地下工程的地面高程控制测量高程控制测量的任务是在各洞口（或井口）附近设立23个水准基点，以便于向洞内或井下传递高程之用。高程控制主要通过水准测量方法建立，地形起伏大，可采用光电测距三角高程测量方法建立。在全国范围内采用水准测量方法建立的高程控制网，称为国家水准网。国家水准网遵循从整体到局部、由高级到低级、逐级控制、逐级加密的原则，分一、二、三、四四个等级布设。,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,对于矿山工程来讲，水准基点的精度应达到国家四等高程控制点的要求（小矿井可放宽）。但对于一些大型隧道工程而言，其水准测量等级的确定，一方面应视隧道的长度而言，另一方面应视地形起伏情况而定。即要满足相应等级水准对两洞口间水准线路长度的要求，下表是铁路测量技术规程对各级水准测量的规定。,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.1地面控制测量,在地形复杂地区采用光电测距三角高程测量代替三、四等水准测量已经大量工程验证是完全可行的。但应注意每条边长应小于800m。目前，对GPS高程测量能否代替等级水准的问题，尚在研究探讨之中。其主要困难在于难以确定各高程点处的大地水准面高和其变化量。在重力测量资料缺乏的情况下，则需要通过水准测量（或光电测距三角高程测量）在GPS网中测定许多的高程控制点后，再用高程拟合的方法求出各点高程。该方法的精度能否满足地下工程（特别是大型隧道工程）的需要，还需进一步研究。,一、地下控制测量的特点及等级地下平面控制测量目的:是建立井下平面测量的控制，作为测绘和标定井下巷道、硐室、回采工作面等的平面位置的基础，也能满足一般贯通测量的要求。地下高程测量的目的：是为了在井下建立一个与地面统一的高程系统，确定各种采掘巷道、峒室在竖直方向上的位置及相互关系，为了获得绘制矿体形状、性质及地质破坏等在竖直面内的关系的数据，以解决各种采掘工程在竖直方向上的几何问题。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,（一）特点：（1）由于受坑道的限制，其形状通常形成延伸状。地下导线不能一次布设完成，而是随着坑道的开挖而逐渐向前延伸。（2）导线点有时设于坑道顶板，需采用点下对中。（3）随着坑道的开挖，先敷设边长较短、精度较低的施工导线，指示坑道的掘进。而后敷设高等级导线对低等级导线进行检查校正。（4）地下工作环境较差，对导线测量干扰较大。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,（二）平面测量等级地下导线一般是从洞口（井底车场）的起始边开始，向洞内（井田边界）分段测设的；起始边的数据是由定向测量确定的。井下平面控制的布设，按照“高级控制低级”的原则进行。其等级的制定随工程的不同而不同。如我国煤矿测量规程规定，井下平面控制分为基本控制(表1-1)和采区控制(表1-2)两类，这两类都可敷设成闭(附)合导线或复测支导线。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,井下导线,基本控制,采区控制,7导线,15导线,15导线,30导线,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,表1基本控制导线的主要技术指标表2基本控制导线的主要技术指标,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,（三）地下导线的类型常规形式：支导线、闭合导线、附合导线、导线网但由于地下测量的某些特点，有时形成一些特殊的导线。如交叉闭合导线、坐标附合导线（无定向导线）、方向附合导线、主副导线、交叉导线、旁点闭合导线等。依据测量方法可分为：经纬仪钢尺导线、光电测距导线、陀螺定向光电测距导线等。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,二、地下平面控制测量（一）角度测量1.地下测角与地面测角的不同(1)地下测点多设于巷道顶板上，因此经纬仪要在测点下对中，经纬仪望远镜筒上刻有仪器中心，即镜上中心。为利于点下对中，最好在望远镜筒上安装点下对中器，或利用专门的点下光学对中器。(2)在倾角很大的急倾斜巷道中测角时，望远镜视线可能被水平度盘挡住，故矿用经纬仪望远镜筒要短，最好有目镜棱镜或偏心望远镜。(3)由于地下黑暗潮湿，并有瓦斯及煤尘，仪器有较好的密封性。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,2.井下角度测量方法与限差规定1)安置仪器：导线点在巷道底板时，安置仪器的方法与地面相同。当测点在巷道顶板时，应进行点下对中。对中时，要整平仪器，并安置望远镜水平，由测点上悬挂下垂球，移动经纬仪使镜上中心对准垂球尖。再整平仪器，重新对中。当巷道中风流较大时应采用挡风布或防风套管进行挡风，或采用点下光学对中的方法。,2）测量角度在前、后视点上挂垂球线，作为瞄准的标志。若井下巷道中风大，锤球加重，放入水桶中稳定，或加挡风布。井下黑暗潮湿，并有瓦斯及煤尘，仪器有较好的密封性，经纬仪及觇标均需照明，最好有防爆照明设备。将矿灯置于垂球线的后侧面，并在矿灯上蒙一层白纸或毛面薄膜，使垂球线清晰地呈现在柔和的光亮背景上。井下测角方法与地面一样，有方向法和测回法。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,3）测角限差对于不同的地下工程，由于采用的测量等级不同，其测量限差应参考相关规程执行。煤矿测量规程规定倾角小于300的井巷中，限差见下表。当倾角大于300时，限差放宽1.5倍，并且要特别注意仪器整平。表3经纬仪导线水平角观测限差,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,表4地下经纬仪导线水平角观测规定注：1.如不用表中所列的仪器，可根据仪器级别和测角精度要求适当增减测回数；2.由一个测回转到下一个测回观测前，应将度盘位置变换180/n(n为测回数)；3.多次对中时，每次对中测一个测回。若用固定在基座上的光学对中器进行点上对中，每次对中应将基座旋转360/n。井下倾角一般用测回法观测一个测回；重要的两个测回。它与水平角同时观测。,课程主要内容(MainContent),（补充）电子测角概述,1.光栅度盘测角,1）光栅及莫尔条纹2）莫尔条纹的特点3）光栅度盘测角原理4）光栅度盘转动方向判别5）光栅度盘测微原理6）光栅度盘测角特点,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,1）电子测角的基本概念(BasicConceptsofEAM),山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,2）电子测角的分类(ClassificationofEAM),光栅度盘测角,动态度盘测角,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,光栅的两个基本参数,线条密度单位毫米长度范围内的线条数,光栅用玻璃、树脂或金属制成的表面具有密集等宽等距线条的光学元件。,光栅距相邻线条之间的距离,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,将两张参数相同的光栅沿线条方向小角度(10)相重叠所形成的明暗相间的条纹，即莫尔条纹。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,2.莫尔条纹的特点(CharacteristicsofMoireFringe),光栅移动一个光栅距莫尔条纹就移动一个条纹宽度B(莫尔条纹明暗变化一个周期),山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,莫尔条纹的位移放大作用,如图中所示：,莫尔条纹宽度B对光栅距的放大倍数为：,由于角很小，则：,原理,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,莫尔条纹的位移放大作用,k随的减小而增大,例子当=10，=0.01mm时:k344，B=344=3.44mm,莫尔条纹宽度B对光栅距的放大倍数为：,若光栅距固定，B随的减小而增大,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,莫尔条纹对光栅误差的平均作用,原理光电器件接收的光信号是探测视场内N个光栅线条的综合平均结果。,单个栅距误差为，则栅距平均误差为：,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,主要装置具有对光栅信号进行光电计数功能的光栅读数头。,3.光栅度盘测角原理(PrinciplesofOpticalGratingCircle),第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,(6)把光信号转换成电信号，实现脉冲计数角度测量,发光管(1)发出的光经照明光学系统(2)后变成平行光，照亮光栅度盘(3)和指示光栅(4)，形成莫尔条纹。,3.光栅度盘测角原理(PrinciplesofOpticalGratingCircle),莫尔条纹经接收光学系统(5)后到达光电接收管(6),二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,指示光栅转动一个光栅距莫尔条纹在接收管上就移动一个条纹宽度光电接收管中的电流就变化一个周期。,3.光栅度盘测角原理(PrinciplesofOpticalGratingCircle),第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,设光栅度盘线条数为m，则相邻两光栅线条间的夹角0：,如果接收管光电计数测得光栅转动的光栅数为n，则其转动的角度为：,因此，光栅度盘测角本质上是测定光栅的转动量，称之为增量式测角。,3.光栅度盘测角原理(PrinciplesofOpticalGratingCircle),第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,4.光栅度盘转动方向判别,光栅度盘应该能自动判断转动方向，即当照准部顺时针旋转时，计数系统做加法计数，逆时针旋转时，做减法计数。,测量角度为：AOBBOB,二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),增量式角度测量产生错误的原因,角度差值为:2BOB,准确角度为：AOBBOB,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,基本结构在测角装置中，增加一个光电接收管b，它与原来的光电接收管a的间隔为B/4。,二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),4.光栅度盘转动方向判别,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,光栅度盘转动方向判别的原理,光栅度盘,顺时针转动，莫尔条纹从左向右移动，a管电流信号超前b管电流信号90；,指示光栅,二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),逆时针转动，莫尔条纹从右向左移动，a管电流信号滞后b管电流信号90；,根据a、b中电流相位差的不同，使电路控制脉冲可逆计数器，顺时针转动时进行加法计数，逆时针转动时进行减法计数。,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,5.光栅度盘测微原理(MicrometryofOpticalGratingCircle),当光栅度盘直径为70mm，圆周长约为220mm，线条密度为100，则两光栅刻线对应的夹角：,如何提高光栅度盘的测角分辨率,二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),100,1000,59,5.9,0.01mm,0.001mm,线条密度:,0:,光栅距:,0.001mm,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,电流,转动方向,1,2,3,4,a,b,四倍频直接测微法(Fourfold-FrequencyDirectMicrometry),光电接收管a、b产生两个相位差为90的电流信号，即每个莫尔条纹产生四个脉冲，使脉冲周期缩短为原来的四分之一。,二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,TC1全站仪反射光栅度盘,反射式光栅度盘直径为80mm，共有12500个线条，角度分划值104，实际最小分辨率为3。,二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),5.光栅度盘测微原理(MicrometryofOpticalGratingCircle),测微因子按2的级数排列:2，4，8，16，32，64，,测角分辨率提高的倍数,如何获取32个测微因子,需要32个测微因子,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,TC1全站仪反射光栅度盘,二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),5.光栅度盘测微原理(MicrometryofOpticalGratingCircle),反射式度盘得测微因子2；,度盘对径位置安置两套测量装置，得测微因子2；,安装四个相距为B/4的光电接收管，则产生四个相位差为90的正弦信号，可得测微因子8；,测微因子共有:228=32,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,6.光栅度盘测角特点(CharacteristicsofOpticalGratingCircle),二、光栅度盘测角(OpticalGratingCircle),光栅度盘测角误差具有积累性光栅刻划误差、电路噪声误差,关机后角度信息不保留,开机需要初始化角度测量信息没有具体的物质载体,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,莫尔条纹的特点与栅距移动相对应、位移放大、减弱栅距误差,山东科技大学测绘科学与工程学院,课程小结(Summarization),光栅度盘测角原理形成莫尔条纹并实现光电转换,判断度盘转动方向不同的转动方向形成不同的电流相位差,光栅度盘角度测微技术四倍频测微法、测微因子的获取,光栅度盘测角特点,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,2.编码度盘,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,3.电子经纬仪的自动补偿系统由于电子经纬仪未能精确整平，造成仪器竖轴等倾斜（如图所示）。为克服该误差，仪器设计有自动补偿系统,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,1）电子测角自动补偿系统的工作原理,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,2）几种补偿系统（1）KernE2电子经纬仪的补偿系统,（2）SETC电子速测仪的补偿系统,（二）井下经纬仪导线的边长测量井下经纬仪导线的边长通常是用钢尺直接丈量的。随着科学技术的迅速发展和光学电子仪器制造水平的提高，现已应用电磁波物理测距方法来测量井下导线边长。1.钢尺丈量边长1)量边工具常用的量边工具为50m或30m钢尺，整尺都有毫米刻划的钢尺。对于精度要求较高的导线边长测量还应使用拉力计以及测定温度使用的温度计（普通水银温度计、半导体点温计）。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,2)钢尺量边方法井下钢尺量边常采用悬空丈量法，首先用经纬仪的水平视线瞄准前后视点所挂垂球线，用大头针在绳上标出十字丝交点，然后用钢尺丈量仪器镜上中心或横轴右端中心与大头针之间的距离。对准经纬仪镜上横轴中心，另一端加钢尺检定时的拉力P并对准大头针，两端同时读数。零端估读到毫米。每读一次数后，移动钢尺23cm。每条边要读数三次。互差小于3mm,同时还要测记温度。为了检验，每边须往返测量，即在每一测站上量前后视距离。在倾斜巷道中则丈量倾斜距离。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,3）钢尺量边的改正(1)比长改正尺长改正也叫比长改正。它是由钢尺检定（比长）求得。对于逐米比长的钢尺，可直接求得任一边长的尺长改正数。但对于只做了整尺检定的钢尺，应按比例求算出该尺每米的改正数后再求得任一长度的改正数。k=L0-LM,Lk=kL/LM(2)温度改正Lk=L(t-t0)(3)拉力改正LP=L(P-P0)/EF,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,(4)垂曲改正悬空丈量时，由于钢尺自重而弯曲，使所量边长非直线长度而为曲线长度，因此要加入如垂直改正。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,水平边长的垂直改正。如图所示，AB为水平长度，钢尺因自重下垂而弯曲成曲线ACB，由图可看出，垂曲改正f等于弧长ACB与弦长ADB之差，即：f=S-l,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,松垂距f的确定方法松垂距f可用实地测定和理论推算两种方法确定。,山东科技大学测绘科学与工程学院,实地测定法:在地面上打下两个木桩（或置两个三脚架）A和B，其间距约等于钢尺的整长。将水准仪安设在AB的一侧，使A、B顶端同高。将钢尺置于A、B顶端并加拉力P拉紧。再在A或B和中间点C上立水准尺，用水准仪在尺上读数a和c值，并目估钢尺在C点水准尺上的读数d。则该钢尺的松垂距为：f=c-(a+d),第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,倾斜边长垂曲改正:悬空丈量倾斜边长时，钢尺因自重而形成的悬链线和水平时的不一样，即成非对称的形状。此时的垂曲改正为f=fcos2悬空丈量倾斜边长时的垂曲改正比水平边长的垂曲改正要小。应注意，当水平或倾斜边长大于尺长而分段丈量时，必须分别计算每个分段的垂曲改正数，取其总和作为该边的垂曲改正。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,(5)倾斜边长化算为水平边长(6)导线边长化算到海平面的改正(7)将导线边长化归高斯投影面的改正当利用地面平面控制网，或在两控制点间敷设精密附合导线作为重要贯通的地面联络测量时，必须考虑是否应加入海平面和投影两项改正的问题。对于井下平面控制来说，当这两项改正数之代数和大于边长的1/10000时，应加入这两种改正数。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,2.钢尺长度检定钢尺尺面刻划之间所注记的长度(通称尺面长，也叫名义长度)与标准长度比较以求出它的实际长度，称为钢尺的检定或比长。钢尺的尺面长度与它的实际长度之差就是尺长改正。因此，检定钢尺的目的就是求尺长改正数。工厂在制造上存在着公差；钢尺的扭折或铆接也是使两者不符。钢尺是在专门设立的比长器上检定的。由于比长器设立的地点不同分为室内与野外两种。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,1）室内检定方法(1)用标准米尺逐米检定(2)用检定过的钢尺作标准尺进行检定(3)在专门的室内比长器上进行检定2）野外检定方法野外钢尺检定时，用待检定的钢尺去丈量野外比长器的长度。钢尺比长要进行23测回。应施加标准拉力，每尺段应测记温度，并依据标准温度（一般为20)进行温度改正。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,3.电磁波测距1）电磁波测距仪的分类电磁波测距仪按载波可分为光波测距仪、微波测距仪和多载波测距仪，其中光波测距仪包括光速测距仪、激光测距仪以及红外测距仪；按测程可分为短程测距仪（测程一般在km以内）、中程测距仪（测程一般在27km）、远程测距仪（测程一般在715km）和超远程测距仪；按精度可分为超高精度测距仪、高精度测距仪和一般精度测距仪。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,按测距方式可将测距仪分为脉冲式测距仪、相位式测距仪和混合式测距仪，脉冲式测距仪的测程远而精度较低，相位式测距仪的测程较短而精度高。精密测距仪均采用相位式或脉冲、相位混合的测距方式。微波测距仪、激光测距仪、红外测距仪和多载波测距仪均属于相位式测距仪，激光人卫测距仪、激光测高仪和激光测月设备等则属于脉冲式测距仪。电磁波测距是通过测定电磁波束在待测距离上往返传播的时间t。t的测定分为直接测定和间接测定。直接测定是通过测量脉冲在测线上往返传播过程中的脉冲数来测定，间接测定则是通过测量调制光在测线上往返传播所产生的相位差来测定t的。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,2）各项距离改正所测距离必须加入以下改正：仪器常数改正。包括加常数改正和乘常数改正。测距仪的加常数和乘常数由仪器检定部门检定得到。气象改正影响光速的大气折射率是光的波长、气温、气压的函数。对某一型号的测距仪，其光波波长为定值，改正参数的计算公式由仪器说明书给出。倾斜改正,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,3）在井下使用光电测距仪的注意事项仪器严禁淋水和拆卸。在井下使用完后，应将仪器擦干净。该仪器的电源为镊镉蓄电池组，采用安全火化型防爆措施。要定期充电，切忌过冲或过放电。即使没有使用，在充电一个月后应再次充电。测距时，应避免在测线两侧及镜站后方有反射物体。当巷道内水气过大或充满矿尘、炮烟时，不宜进行测距。必须用气压计实测气压，用以对测距结果进行气象改正。在测距时应关闭对讲机，以免无线电信号干扰测距。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,三、导线测量外业1.选点和埋点1)相邻导线点之间通视良好，并应尽可能使点间距离大些。在巷道的连接处和交叉口处，应当埋设导线点。2)为了避免运输干扰，应尽量将点设在远离运输轨道的一侧。3)导线点应当选在巷道稳定、安全、便于安置仪器进行观测的地方，避开淋水、片帮落石和其他不安全因素。2.测角和量边方法同前。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,3.碎部测量测得井巷的细部轮廓形状，作为填绘矿图的依据。导线测量完成之后，应丈量仪器中心到巷道顶板、底板和两帮的距离(量上、量下、量左和量右)。还要测量巷道、硐室或工作面的轮廓，可用支距法和极坐标法。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,4.导线延长与检查为了检查验证已知起始点的可靠性，在接测之前应对上次所测的最后一个水平角及最后一条边长按原观测的相应精度进行检查。此次观测与上次观测的水平角之差d不应超过由下式所计算出的容许值：d容22m式中：m相应等级的导线测角中误差。井下7、15和30导线的d容分别为20，40和80。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,重新丈量上次最后一条边长与原丈量结果之差不得超过相应等级导线边长往返丈量之差的容许值(基本控制导线为边长的1/6000，采区控制导线为边长的1/2000)。如果检查结果不符合上述要求，则应继续向后检查，直到符合要求后方可以它作为起始数据，继续向前延长导线。当巷道掘进工作面接近各种采矿安全边界(水、火、瓦斯、老采空区、井田边界及重要采矿技术边界)时，除应延长经纬仪导线至掘进掌子头外，还必须以书面手续报告矿(井)技术负责人，并书面通知安全检查和施工区、队等有关部门。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,四、井下导线测量内业内业计算的目的，是求出导线各边的坐标方位角及各导线点的平面坐标，并填绘矿图。1.测量资料整理在内业计算开始之前，要重新仔细检查外业观测记录是否超限，是否有漏测、漏记、记错、算错等问题。记录手簿经检查无误后，方可进行下一步计算。2.计算边长改正和平均边长井下基本控制导线的边长应加入各项改正。并检查往、返测边长互差是否超限，取其平均值作为最后边长。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,3.角度闭合差的计算及分配1)闭合导线闭合导线的角度闭合差f是按下式计算的：2)附合导线设附合导线起始边和最终附合边的坚强坐标方位角值为0和n，测角总个数为n，则角度闭合差f为：,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,3)复测支导线复测支导线的角度闭合差f是按照最末公共边的第次和第次所测得的坐标方位角n和n之差来计算的，即：4)方向附合导线角度闭合差的计算方法附合导线相同。方向附合导线的角度闭合差的容许值f容，除了考虑测角误差m的影响之外，还应考虑陀螺定向边的坐标方位角误差m0的影响。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,因此：当实际的角度闭合差f小于按式所算得的f容时，则可进行平差。(1)按照下面的判别式来判别陀螺定向边是否可视为坚强方向控制边：(2)陀螺定向边为坚强方向时的平差方法：当上式成立则说明两端定向边的坐标方位角误差在总误差中所占比重很小，角度闭合差f主要是测角中误差m所引起的，可将两端的陀螺定向边视为坚强方向不参加平差，而将角度闭合差f反号平均分配于各个角度上。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,(3)陀螺定向边为非坚强方向时的平差方法：当式不成立时，说明陀螺定向边的误差所占比重较大不能视为坚强方向，即两端定向边的坐标方位角始和末也应参与平差。条件方程式为：考虑井下测角和陀螺定向均为同精度观测，并令单位权中误差，则各观测值的权为：；令,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,则其法方程式联系数为k为：故得改正数为：,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,4.坐标方位角的推算各条导线边的坐标方位角是按下式计算的：式中：、分别为第i边(待求边)与第i-1边的坐标方位角；改正后的角值。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,5.坐标增量闭合差的计算及调整为计算坐标增量闭合差，须先计算各条导线边的坐标增量，其方法同地面导线。6.坐标计算按下式计算各导线点的坐标：xi=xi-1+xi-1,i；yi=yi-1+yi-1,I如为闭合导线，则由起始点起算，经各导线点再算至起始点的坐标应相等；附合导线由起始点推算到最终已知坚强点坐标应相等；而复测支导线和方向附合导线则两次算得的最末点的坐标应相等。,山东科技大学测绘科学与工程学院,第二章地下工程控制测量2.2地下控制测量,五、地下高程控制测量（一）地下高程测量的目的和种