全站仪在矿山测量中的应用

杨守君

[摘要]全站仪（TS）或全站仪经纬仪（TST）是用于测量和建筑施工的电子/光学仪器。全站仪是一个电子经纬仪（过境），集成了电子距离测量（EDM）以读取从仪器到特定点的斜距，以及车载计算机收集数据并执行高级坐标计算。机器人全站仪允许操作员通过遥控器远程控制仪器。由于操作员拿着后向反射器并从观察点控制全站仪，因此无需助理人员。在矿山测量中应用全站仪可以有效提高矿山测量的效率和质量。

[关键词]全站仪 矿山测量 应用

全站仪主要由土地测量师和土木工程师使用，或者在地形测量中记录特征或设置特征（如道路、矿山或边界）。近年来，全站仪在矿山测量中有十分广泛的应用。

一、全站仪的功能

（一）角度测量

大多数全站仪仪器通过电光扫描仪器内旋转玻璃圆柱体或光盘上刻蚀的极其精确的数字条形码来测量角度。质量最好的全站仪能够测量角度为0.5弧秒。廉价的“建筑级”全站仪通常可以测量角度为5或10弧秒。

全站仪的电子经纬仪部分用于测量垂直和水平角度。为了测量水平角度，可以将任何方便的方向作为参考方向。对于垂直角度测量，将垂直向上（天顶）方向作为参考方向。角度测量的准确度从2到6秒不等。

（二）距离测量

测量距离是通过调制的红外载波信号完成的，该信号由仪器光路内的小型固态发射器产生，并由棱镜反射器或被测物体反射。计算机在全站仪中读取并解释返回信号中的调制模式。该距离通过发射和接收多个频率来确定，并且针对每个频率确定针对目标的波长的整数数量。大多数全站仪都使用特制的玻璃棱镜（测量）反射镜作为EDM信号。一个典型的全站仪可以在高达1，500米（4，900英尺）的距离内以约1.5毫米（0.0049英尺）+2百万分之一的精度测量距离。无反射面的全站仪可以测量到任何物体的距离，这些物体的颜色是合理的，可以达到几百米。

电子测距仪（EDM）是全站仪的重要组成部分。其范围从2.8公里到4.2公里不等。测量精度从5毫米到10毫米每公里测量。它们与自动目标识别器一起使用。测量的距离始终是从仪器到物体的倾斜距离。

（三）坐标测量

只要能够在两点之间建立直接视线，就可以使用全站仪确定未知点相对于已知坐标的坐标。测量从全站仪到被测点的角度和距离，使用三角法和三角测量法计算被测点相对于全站仪位置的坐标（X，Y和Z或东，北和海拔）。为了确定绝对位置，全站仪需要视线观测，并且可以在已知点或视线上将其设置到已知位置的两个或更多个点，称为后方交会（Free Stationing）。

出于这个原因，一些全站仪也有一个全球导航卫星系统接收器，并且不需要直接的视线来确定坐标。但是，GNSS测量可能需要更长的占用时间，并且在垂直轴上的精度较差。

（四）数据处理

某些型号包括内部电子数据存储器，用于记录测量距离，水平角度和垂直角度，而其他型号则可将这些测量结果写入外部数据采集器，例如手持式计算机。

将数据从全站仪下载到计算机上时，可以使用应用软件计算结果并生成调查区域的地图。最新一代的全站仪也可以在测量点后立即在仪器的触摸屏上显示地图。

该仪器配有一个内置的微处理器。微处理器平均多个观测值。借助测量的斜距和垂直和水平角度，当提供仪器和目标轴的高度时，微处理器将计算水平距离和X，Y，Z坐标。如果提供大气温度和压力，处理器能够对测量进行温度和压力校正。

二、全站仪的优点

以下是在矿山测量中使用全站仪的一些主要优点：现场工作效率极高；测量精度很高；读取和记录中涉及的手动错误被消除；坐标的计算非常快速且准确；自动进行温度和压力修正；计算机可用于地图制作和绘制轮廓和横截面；轮廓间隔和刻度可以立即改变。

但是，测量人员在使用前应检查仪器的工作状态。在使用现场工作仪器之前，通过观察指定仪器站的那些标准点来检查其工作。

三、全站仪的组成

全站仪是一个电子传输和电子测距装置（EDM）的组合。有了这个设备，人们可以确定从仪器到要测量的点的角度和距离。借助三角法，可以使用角度和距离来计算绝对值中被测点的实际位置（x，y和z或北向，东向和仰角）。

在全站仪中，望远镜连接到用于测量望远镜的旋转角度（通常相对于北方为0度）和望远镜的倾斜角度（相对于水平为0度）的标尺。旋转望远镜瞄准目标后，可以从刻度盘上读取旋转角度和倾斜角度。电子传输提供了一个数字读出这些角度。全站仪的度数十分精确，并且不易因标尺上的标记之间的内插或错误记录而产生错误。读数也是连续的，因此可以随时检查角度。

全站仪的另一部分即电子测距仪或EDM测量从仪器到其目标的距离。EDM发出的红外光束反射回本机，本机使用定时测量来计算光束行进的距离。除少数例外，EDM要求目标具有高度反射性，反射棱镜通常用作目标。反射棱镜是一个大约10厘米的软饮料罐直径的圆柱形装置。一端是玻璃盖板，另一端是带螺纹延长部的截锥。它通常拧入杆顶部的目标/支架；杆的尖端放置在要测量的点上。

四、全站仪在矿山测量中的应用

全站仪是矿山测量中使用的主要测量仪器。

全站仪用于记录隧道围墙，天花板（靠背）和地板的绝对位置，因为地下矿山的漂移被驱动。然后将记录的数据下载到CAD程序中，并与隧道的设计布局进行比较。

调查方定期安装控制站。它们是在钻入墙壁或背面的孔中成对安装的小型钢塞。对于墙壁站，两个插头安装在相对的墙壁上，形成垂直于漂移的线。对于后站，后部安装两个插头，形成一条平行于漂移线。一组插头可用于通过交叉和切除处理测量插塞来定位设置在漂移或隧道中的全站仪。

全站仪安装在三脚架上，并通过操作调平螺钉进行校平。在小范围内，仪器可以自行调整到水平位置。然后使用板载键索引垂直和水平参考方向。可以为距离、温度和压力（FPS或SI）设置所需的单位。测量员可以选择精细、粗糙、单个或重复测量模式。

当瞄准目标时，测量水平和垂直角度以及倾斜距离，并通过按下适当的键将它們与点号一起记录下来。仪器和目标的高度可以在用胶带测量后键入。然后处理器计算关于点的各种信息并显示在屏幕上。

这些信息也存储在电子笔记本中。在一天结束时或电子笔记本已满时，存储的信息将下载到计算机。下载到计算机的点数据可用于进一步处理。AutoCad有自动民用和自动绘图仪等软件，可用于绘制任何指定间隔的轮廓，并绘制任何指定线的横截面。

全站仪在矿山测量中不仅用于收集调查，还用于设计。在水管杆上（通常是外侧）使用棱镜，测量员可以通过简单地指向棱镜来确定使用仪器需要放置钉的位置以及已经保存在存储卡/设备上的设计。大多数全站仪都具有设置功能，可以使用加载的设计信息来确定棱镜所在的位置，并参考设计线，并提供有关棱镜位置的偏移和里程的信息（因此可以告知棱杆需要的位置被移动到正确的位置）。

全站仪可以为矿山测量提供以下功能：测量水平和垂直角度；电子距离测量（EDM）；以电子方式存储收集的数据；针对不同任务的内置程序/附加组件；协助设计；协助确定坐标几何；收集面积计算数据；进行基本/慢速激光扫描操作。

在矿山测量过程中，全站的微处理器单元处理收集的数据以计算：测量的多个角度的平均值；测量的多个距离的平均值；水平距离；任意两点之间的距离；物体和物体间的仰角；观察点的所有三个坐标；在全站仪中收集和处理的数据可以下载到计算机进行进一步处理。全站仪是一款紧凑型仪器，重量为50到55N.一个人可以轻松携带到现场。市场上有各种不同精度，角度测量和不同测量范围的全站仪。

五、结语

综上所述，全站仪比传统的矿山测量工具有更突出的精度和效率优势。在矿山测量中使用全站仪将进一步提升测量的效率和质量，从而为采矿产业创造更好的效益。