本發(fā)明屬于礦山測量領域，涉及基于三棱錐模型與陀螺全站儀聯(lián)合的豎井聯(lián)系測量方法。

背景技術：

在隧道、礦井等地下工程施工過程中，為了保證按設計方向掘進，保證各方向掘進的工作面在預定地點能正確貫通，就必須將地面的平面坐標系統(tǒng)和高程坐標系統(tǒng)通過斜井或豎井傳遞到地下，這些傳遞工作稱為聯(lián)系測量。通過聯(lián)系測量使地下和地面測量有一個統(tǒng)一的平面坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)，同時為地下測量提供坐標、方位角和高程起算數(shù)據。因此，能夠準確地將地面坐標、方位及高程傳遞到地下，在隧道、礦井等地下工程中有著重要的實際意義和價值。

通過斜井、平硐的聯(lián)系測量可由導線測量、水準測量、三角高程測量從地面洞口直接聯(lián)測到地下完成，相對簡單且誤差較小。然而由于施工環(huán)境所限，有時必須通過豎井進行聯(lián)系測量工作。豎井聯(lián)系測量分為平面聯(lián)系測量和高程聯(lián)系測量，其中傳遞坐標和方位角的聯(lián)系測量稱為平面聯(lián)系測量，也稱為豎井定向；傳遞高程的聯(lián)系測量稱為高程聯(lián)系測量，簡稱導入高程。傳統(tǒng)的豎井定向方法有一井定向、二井定向，導入高程的方法通常是鋼尺量距。而這些技術具有如下特點：第一，測量時間較長，通常需要停產測量；第二，測量精度低；第三，受外界環(huán)境影響較大。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供基于三棱錐模型與陀螺全站儀聯(lián)合的豎井聯(lián)系測量方法，其基于三棱錐模型法，具有測量精度高，測試時間短的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn)：

基于三棱錐模型與陀螺全站儀聯(lián)合的豎井聯(lián)系測量方法，包括以下步驟：

步驟一，在豎井的井蓋附近選取近井點A，在近井點A架設全站儀，在豎井的井蓋處選取投點O，在投點處O架設距離測量裝置，距離測量裝置包括棱鏡和測距裝置，利用全站儀瞄準棱鏡，測量得到投點O的坐標(X，Y，Z)；

步驟二，在豎井底部選取三個固定點N、P、Q，三點位于同一水平面上，四個點O、N、P和Q形成一個三棱錐O-NPQ；在三個固定點N、P、Q處分別設置反光裝置，用測距裝置分別測量三棱錐的三條斜邊ON、OP和OQ的長度L₁、L₂和L₃，用測量尺量出底邊NP、PQ和QN的長度S₁、S₂和S₃；

步驟三，投點O在底面三角形ΔNPQ所在平面上的投影點為O＇，計算投點O與投影點O＇之間的距離，即高差H，采用公式為其中，V_O-NPQ表示三棱錐O-NPQ的體積V_O-NPQ，S_ΔNPQ為底面三角形ΔNPQ的面積；

得到投影點O＇的坐標(X＇，Y＇，Z＇)，其中，X＇＝X，Y＇＝Y，Z＇＝Z-H；

步驟四，確定投點O在底面三角形ΔNPQ所在平面上的投影點O＇的位置；

步驟五，在豎井底部選取控制點B和控制點M，利用GAT陀螺全站儀計算井下控制點B和控制點M的坐標。

具體地，所述步驟四中的確定投點O在底面三角形ΔNPQ所在平面上的投影點O＇的位置，具體包括以下步驟：

根據斜邊ON的長度L₁和高差H，根據勾股定理求出斜邊ON在底面三角形ΔNPQ所在平面上的投影長度l₁；同理可求出斜邊OP和OQ在底面三角形ΔNPQ所在平面上的l₂和l₃；

分別以N、P、Q三點為圓心，對應以l₁、l₂、l₃為半徑畫圓，三個圓的交點即為投影點O＇。

具體地，所述步驟五中的利用GAT陀螺全站儀計算井下控制點B和控制點M的坐標，具體包括以下步驟：

在控制點B架設GAT陀螺全站儀，在O＇安置棱鏡；利用GAT陀螺全站儀測量真方位角的功能測出BO＇方位角，輸入O＇坐標，即可求出井下控制點B的坐標；

將GAT陀螺全站儀架設在控制點B，利用GAT陀螺全站儀測量真方位角的功能測出MB方位角,輸入控制點B坐標，測出M點坐標。

具體地，所述距離測量裝置包括三角架和微型三角架，所述棱鏡安裝在三腳架上，所述測距裝置安裝在微型三角架上；微型三角架設置在三角架內部；測距裝置的中心與棱鏡的中心位于同一鉛錘線上。

進一步地，所述距離測量裝置還包括腳架盤，所述三角架和微型三角架均設置在腳架盤上。

具體地，所述角架盤包括上層盤體和下層盤體，上層盤體和下層盤體之間通過多個腳螺旋連接，上層盤體上設置有兩個相互垂直的水準管和一個圓水準氣泡。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下技術效果：本發(fā)明的方法傳遞高程和坐標的過程，消除了投點誤差，提高測距精度，觀測的時間較短，不需要礦井、隧洞長時間封閉，為豎井快速聯(lián)系測量提供可能性。

附圖說明

圖1為測量過程示意圖；

圖2為距離測量裝置示意圖；

圖中各標號表示：1—棱鏡，2—三腳架，3—測距裝置，4—微型三腳架，5—腳架盤，6—水準管，7—圓水準氣泡，8—腳螺旋。

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的方案作進一步詳細地解釋和說明。

具體實施方式

本發(fā)明的基于三棱錐模型與陀螺全站儀聯(lián)合的豎井聯(lián)系測量方法，包括以下步驟：

步驟一，選定高等級控制點T和近井點A，高等級控制點T和近井點A均由某設計院事先確定；在高等級控制點T架設棱鏡，在近井點A架設全站儀，其中高等級控制點T用來后視定向，近井點A用作指導豎井掘進及坑道內經緯儀導向的起算點。在豎井的井蓋處選取投點O，在投點處O架設距離測量裝置，距離測量裝置包括棱鏡1；開啟近井點A處的全站儀，輸入近井點A的坐標和投點O處的距離測量裝置的棱鏡高度(h₁+h₂)，使全站儀瞄準高等級控制點T處的棱鏡進行后視定向測量，轉動全站儀瞄準投點O處的棱鏡，按下測量鍵，即可得到投點O的坐標(X，Y，Z)。

所述距離測量裝置包括三角架2，所述棱鏡1設置在三腳架2的上方，三角架2包括3個長度相等的三角支腿；三角架2設置在腳架盤5的上方，三腳架2與腳架盤5之間還設置有微型三角架4，微型三角架4上放置有測距裝置3，測距裝置3的中心與棱鏡1的中心位于同一鉛垂線上；測距裝置3可采用鋼尺或者光電測距儀；所述棱鏡1經過嚴格整平和常數(shù)校準后固定鎖死。所述腳架盤5包括上層盤體和下層盤體，上層盤體和下層盤體之間通過三個腳螺旋8連接，上層盤體上設置有兩個相互垂直的水準管6和一個圓水準氣泡7，用于調節(jié)三腳架2和微型三腳架4處于水平狀態(tài)。

步驟二，在豎井底部選取三個固定點N、P、Q，三點位于同一水平面上，四個點O、N、P和Q形成一個三棱錐O-NPQ；在三個固定點N、P、Q處分別設置反光裝置，用測距裝置3分別測量三棱錐的三條斜邊ON、OP和OQ的長度L₁、L₂和L₃，用鋼尺量出底邊NP、PQ和QN的長度S₁、S₂和S₃；

步驟三，投點O在底面三角形ΔNPQ所在平面上的投影點為O＇，計算投點O與投影點O＇之間的距離，即高差H，計算公式如下：

計算三棱錐O-NPQ的體積V_O-NPQ，即：

計算底面三角形ΔNPQ的面積S_ΔNPQ，即：

其中，

則投點O與投影點O＇之間的高差H為：

即可得到投影點O＇的坐標(X＇，Y＇，Z＇)，其中，X＇＝X，Y＇＝Y，Z＇＝Z-H。

步驟四，確定投點O在底面三角形ΔNPQ所在平面上的投影點O＇的位置，確定方法如下：

根據斜邊ON的長度L₁和高差H，根據勾股定理求出斜邊ON在底面三角形ΔNPQ所在平面上的投影長度l₁；同理可求出斜邊OP和OQ在底面三角形ΔNPQ所在平面上的l₂和l₃；

分別以N、P、Q三點為圓心，對應以l₁、l₂、l₃為半徑畫圓，三個圓的交點即為投影點O＇。

步驟五，計算井下控制點B和控制點M的坐標。

在井下距離投影點O＇30～50m處選取一個地質穩(wěn)定、受施工影響較小且與O＇通視良好的點，作為控制點B，用來向洞內傳遞坐標和方向。在控制點B架設GAT陀螺全站儀，在O＇安置棱鏡。利用GAT陀螺全站儀測量真方位角的功能測出BO＇方位角，輸入O＇坐標，即可求出井下控制點B的坐標。

若通視條件良好，在距離控制點B的200～300m處設置控制點M；若通視條件不能滿足200～300m通視要求，則在盡可能遠且地質穩(wěn)定、受施工影響較小的地方設置控制點M。

將GAT陀螺全站儀架設在控制點B，利用GAT陀螺全站儀測量真方位角的功能測出MB方位角,輸入控制點B坐標，測出M點坐標。

傳統(tǒng)的傳遞高程，即測量投點O與投影點O＇之間的高差H的方法為長鋼尺量距導入、鋼絲法導入何光電測距儀導入等方法，傳統(tǒng)方法的誤差來源于投點誤差、投向誤差、以及鋼尺、鋼絲在重力作用下的尺長誤差)，本發(fā)明的傳遞高程的方法的高程傳遞誤差來源于測距誤差，與傳統(tǒng)方法相比，誤差較小。

傳統(tǒng)的坐標傳遞過程，即確定投影點O＇的位置的過程采用的方法為：通過在豎井中懸掛吊絲并通過底部連接吊錘來使吊絲保持鉛錘，為使吊錘較快地穩(wěn)定，一般將其置于盛有機油的容器中，但是由于受到井筒內氣流、滴水等影響，使得垂球線在井上的位置投到井底后發(fā)生偏離，產生投點誤差，進而引起垂球線連線的投向誤差。而采用本發(fā)明的坐標傳遞方法只需滿足高精度測距即可。因此，本發(fā)明的基于三棱錐模型與陀螺全站儀聯(lián)合的豎井聯(lián)系測量方法，所需觀測時間較短，測量時間快，不需要礦井、隧道長時間封閉，為豎井快速聯(lián)系測量提供了可能。