CN109682354B - 一种联系测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联系测量系统及测量方法，其中测量系统包括两个Z型脚架、反射盒和玻璃片，Z型脚架设置在待测竖坑的顶部，分别设有垂线激光指向仪和全站仪，垂线激光指向仪发出两种颜色的激光；两个反射盒分别放置在待测竖坑的底部；玻璃片分别设置在Z型脚架与垂线激光指向仪之间以及Z型脚架与全站仪之间。本发明，通过反射盒内的汞层提供一个绝对的水平面，并通过全站仪和垂线激光指向仪发射的双色激光来获取两个垂直于汞层的重力线，从而将地面导线点引入坑底，避免出现测量偏差，且可以通过双色折射率不同而引起的光斑不重叠，来检查投射光线是否存在大气折光，从而避免在不合适的时间进行测量，降低测量误差。

Description

一种联系测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及联系测量技术领域，具体涉及一种联系测量系统及测量方法。

背景技术

在隧道、矿井等地下工程施工过程中，为了保证施工按设计方向掘进，保证各方向掘进的工作面在预定地点能正确贯通，就必须将地面的平面坐标系统和高程坐标系统通过斜井或竖井传递到地下，这些传递工作称为联系测量。

通过联系测量使地下和地面测量有一个统一的平面坐标系统和高程系统，同时为地下测量提供坐标、方位角和高程起算数据。因此，能够准确地将地面坐标、方位及高程传递到地下，在隧道、矿井等地下工程中有着重要的实际意义和价值。

传统的联系测量一般是通过吊垂球获取竖直线将坐标及方向传递至坑底，此种方法可以准确获得竖直线，但是抗风、抗震能力差，而且垂球长时间不能稳定。另一种是铅垂仪获取竖直线将坐标传递至坑底，此种方法抗风性好，但是无法发现旁折光的影响，受到仪器轴系加工误差的制约。再一种是陀螺经纬仪法，该方法造价较高，且只能传递方向，不能传递坐标，同样也受到仪器轴系加工误差的制约。

有鉴于此，急需对现有的联系测量的测量方法进行改进，提高抗风、抗震能力，减少测量偏差，且能够避免旁折光的影响，减少测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的联系测量的测量方法存在抗风、抗震能力差，导致测量存在偏差，以及无法发现旁折光的影响，存在测量误差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种联系测量系统及测量方法，包括：

Z型脚架，为两个，分别对称设置在待测竖坑的侧壁的顶部，两个所述Z型脚架的自由端均朝向待测竖坑的方向伸出，且其伸出端的上方分别设有垂直向下发出激光的垂线激光指向仪和全站仪，两个所述Z型脚架上均设有可供激光穿过的第一开孔，所述垂线激光指向仪发出两种颜色的激光且其顶部设有球形棱镜；

反射盒，为两个，分别放置在待测竖坑的底部，所述垂线激光指向仪、全站仪发出的激光分别落在所述反射盒上，所述反射盒的内部由下至上依次设有汞层和非容性透明液体层；

玻璃片，为两个，其中一个所述玻璃片设置在所述Z型脚架与所述垂线激光指向仪之间，另一个所述玻璃片设置在所述Z型脚架与所述全站仪之间。

在上述方案中，还包括连接结构，所述连接结构包括：

基座，为两个，分别设置在两个所述Z型脚架的顶部的，所述基座与所述Z型脚架之间设有微调螺旋，所述基座与所述Z型脚架的顶部相对应的位置上设有第二开孔，所述第一开孔、第二开孔同轴设置；

支架，为两个，其中一个所述支架用于连接所述基座与所述垂线激光指向仪，另一个所述支架用于连接所述基座与所述全站仪。

在上述方案中，所述垂线激光指向仪包括用于发射激光的激光指向仪，所述激光指向仪与所述支架连接，所述激光指向仪的底部设有调焦装置，顶部设有钢套管，所述球形棱镜设置在所述钢套管的顶部。

在上述方案中，两个所述基座的顶部均设有圆水准器，所述激光指向仪的轴线和与其同侧设置的所述圆水准器的轴线平行，所述全站仪和与其同侧设置的所述圆水准器的轴线平行。

在上述方案中，所述汞层由液态汞填充形成，所述非容性透明液体层由非容性透明液体填充形成，所述非容性透明液体层的密度小于所述液态汞的密度，且其不溶于所述液态汞，所述非容性透明液体不易挥发。

在上述方案中，所述反射盒的顶部设有盒盖，所述盒盖采用半透明材质。

在上述方案中，所述玻璃片的两面平行设置，且所述玻璃片的宽度小于各个所述微调螺旋之间的内间距，并大于所述第一开孔的直径。

本发明还公开了一种联系测量系统的测量方法，包括以下步骤：

S1、将两个Z型脚架分别对称设置在待测竖坑的侧壁的顶部，其自由端朝向待测竖坑的方向伸出，且两个Z型脚架上均设有第一开孔；

S2、两个Z型脚架的顶部分别垂直设置垂线激光指向仪和全站仪，垂线激光指向仪和全站仪发出的激光穿过第一开孔，且垂线激光指向仪可发出两种颜色的激光；

S3、打开垂线激光指向仪和全站仪，使其分别发出指示激光和对中激光，在待测竖坑的底部找到两个激光点，并整平附近区域；

S4、在指示激光点处放置反射盒，其中反射盒的内部由下至上依次设有汞层和非容性透明液体层，调动反射盒，使指示激光点与反射盒的中心重合，汞层将指示激光反射至垂线激光指向仪，在Z型脚架与垂线激光指向仪之间放置玻璃片，整平垂线激光指向仪，使指示激光与反射在玻璃片上的光斑重合；

S5、在对中激光点处放置反射盒，使对中激光点与反射盒的中心重合，汞层将对中激光反射至全站仪，在Z型脚架与全站仪之间放置玻璃片，整平全站仪，使对中激光与反射在玻璃片上的光斑重合；

S6、切换垂线激光指向仪发出的指示激光的颜色，观察玻璃片上的光斑是否有变化，若有变化则等待气温变化稳定，直至指示激光与反射在玻璃片上的光斑重合；

S7、待气候稳定后，在垂线激光指向仪的顶部放置球形棱镜，并使其朝向全站仪方向，通过全站仪获取自身的中心平面坐标A以及球形棱镜的中心平面坐标B；

S8、盖上反射盒的上盖，且该上盖采用半透明材质，此时两个上盖上的激光点的坐标即为A和B。

在上述方案中，两个所述Z型脚架与所述垂线激光指向仪、全站仪之间均通过连接结构连接，所述连接结构包括：

基座，为两个，分别设置在两个所述Z型脚架的顶部，所述基座与所述Z型脚架之间设有微调螺旋，所述基座与所述Z型脚架的顶部相对应的位置上设有第二开孔，所述第一开孔、第二开孔同轴设置，所述基座的顶部均设有圆水准器，所述激光指向仪的轴线和与其同侧设置的所述圆水准器的轴线平行，所述全站仪和与其同侧设置的所述圆水准器的轴线平行，通过所述微调螺旋、圆水准器整平所述垂线激光指向仪以及所述全站仪；

支架，为两个，其中一个所述支架用于连接所述基座与所述垂线激光指向仪，另一个所述支架用于连接所述基座与所述全站仪。

在上述方案中，微调所述微调螺旋时、若所述指示激光或者所述对中激光的激光点偏离所述反射盒，则移动所述反射盒，使激光点落在所述反射盒上，固定所述反射盒。

与现有技术相比，本发明通过反射盒内的汞层提供一个绝对的水平面，并通过全站仪和垂线激光指向仪发射的双色激光来获取两个垂直于汞层的重力线，从而将地面导线点引入坑底，该测量精度不受仪器配件加工误差影响，测量时不受空气扰动影响，避免出现测量偏差，且可以通过双色折射率不同而引起的光斑不重叠，来检查投射光线是否存在大气折光，从而避免在不合适的时间进行测量，降低测量误差。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的垂线激光指向仪以及反射盒安装的结构示意图；

图3为本发明的垂线激光指向仪的使用过程的结构示意图；

图4为本发明的垂线激光指向仪与连接结构安装的结构示意图；

图5为本发明全站仪安装在Z型脚架上的结构示意图；

图6为本发明的Z型脚架的结构示意图；

图7为本发明的Z型脚架的俯视图；

图8为本发明的反射盒的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种联系测量系统及测量方法，该测量方法的精度不受仪器配件加工误差影响，测量时不受空气扰动影响，避免出现测量偏差，且可以通过双色折射率不同而引起的光斑不重叠，来检查投射光线是否存在大气折光，从而避免在不合适的时间进行测量，降低测量误差。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1～图8所示，本发明提供的一种联系测量系统及测量方法包括两个Z型脚架7、反射盒515、玻璃片10以及连接结构。

如图1图2和图5所示，两个Z型脚架7分别对称设置在待测竖坑6的侧壁的顶部，两个Z型脚架7的自由端均朝向待测竖坑6的方向伸出，且其伸出端的上方分别设有垂直向下发出激光的垂线激光指向仪1和全站仪2，两个Z型脚架7上均设有可供激光穿过的第一开孔72，垂线激光指向仪1发出两种颜色的激光且其顶部设有球形棱镜9。

进一步优化地，如图6和图7所示，Z型脚架7与待测竖坑6的侧壁固定的一端设有配重73，其中，配重73的重量可根据垂线激光指向仪1和全站仪2的重量进行选择，确保使用过程中的稳定性。

如图3和图8所示，两个反射盒515分别放置在待测竖坑6的底部，垂线激光指向仪1、全站仪2发出的激光分别落在反射盒515上，反射盒515的内部由下至上依次设有汞层52和非容性透明液体层53。其中一个玻璃片10设置在Z型脚架7与垂线激光指向仪1之间，另一个玻璃片10设置在Z型脚架7与全站仪2之间。

如图2、图4和图5所示，连接结构包括两个基座13和支架12。两个基座13分别设置在两个Z型脚架7的顶部的，基座13与Z型脚架7之间设有微调螺旋132，可通过微调螺旋132调整垂线激光指向仪1和全站仪2的角度，使用方便基座13与Z型脚架7的顶部相对应的位置上设有第二开孔，第一开孔72、第二开孔同轴设置。第一开孔72、第二开孔使得垂线激光指向仪1和全站仪2发出的激光能够穿过基座13以及Z型脚架7射到待测竖坑6的底部，便于投影测量。

其中一个支架12用于连接基座13与垂线激光指向仪1，另一个支架12用于连接基座13与全站仪2，该支架12的设置方式不收限制，不遮挡垂线激光指向仪1和全站仪2发出的光线即可。

进一步优化地，如图2～图4所示，垂线激光指向仪1包括用于发射激光的激光指向仪，激光指向仪与支架12连接，激光指向仪的底部设有调焦装置111，顶部设有钢套管112，球形棱镜9设置在钢套管112的顶部。调焦装置111可调整发出的光线，钢套管112便于球形棱镜9与激光指向仪之间的连接。

进一步优化地，两个基座13的顶部均设有圆水准器131，激光指向仪的轴线和与其同侧设置的圆水准器131的轴线平行，全站仪2和与其同侧设置的圆水准器131的轴线平行。可通过微调螺旋132以及圆水准器131对激光指向仪以及全站仪2进行整平，使用方便，减少测量误差。

如图8所示，本发明的汞层52由液态汞填充形成，非容性透明液体层53由非容性透明液体填充形成，其中，非容性透明液体层的密度小于液态汞的密度，且其不溶于液态汞，非容性透明液体不易挥发，确保使用寿命。

进一步优化地，反射盒515的顶部设有盒盖511，盒盖511采用半透明材质，避免杂质进入到非容性透明液体内，确保其透光度。

进一步优化地，玻璃片10的两面平行设置，避免出现测量误差，且玻璃片10的宽度小于各个微调螺旋132之间的内间距，并大于第一开孔72的直径，使其能够顺利的放入到Z型脚架7与垂线激光指向仪1之间，以及Z型脚架7与全站仪2之间。

本发明的测量方法包括以下步骤：

S1、将两个Z型脚架7分别对称设置在待测竖坑6的侧壁的顶部，其自由端朝向待测竖坑6的方向伸出，且两个Z型脚架7上均设有第一开孔72。

具体地，在Z型脚架7的固定端设置配重73，且配重73设置在其端部。

S2、两个Z型脚架7的顶部分别垂直设置垂线激光指向仪1和全站仪2，垂线激光指向仪1和全站仪2发出的激光穿过第一开孔72，且垂线激光指向仪1可发出两种颜色的激光。

S3、打开垂线激光指向仪1和全站仪2，使其分别发出指示激光4和对中激光3，在待测竖坑6的底部找到两个激光点，并整平附近区域，便于反射盒515的放置。

S4、在指示激光4点处放置反射盒515，其中反射盒515的内部由下至上依次设有汞层52和非容性透明液体层53，调动反射盒515，使指示激光4点与反射盒515的中心重合，汞层52将指示激光4反射至垂线激光指向仪1，在Z型脚架7与垂线激光指向仪1之间放置玻璃片10，整平垂线激光指向仪1，使指示激光4与反射在玻璃片10上的光斑重合。

具体地，如上所述，Z型脚架7与垂线激光指向仪1之间通过连接结构连接，即通过设置在底座底部的微调螺旋132以及设置在其顶部的圆水准器131进行整平，通过在进行微调过程中，若指示激光4的激光点偏离反射盒515，则移动反射盒515，使激光点落在反射盒515上，固定反射盒515，确定反射盒515能够反射指示激光4线。

S5、在对中激光3点处放置反射盒515，使对中激光3点与反射盒515的中心重合，汞层52将对中激光3反射至全站仪2，在Z型脚架7与全站仪2之间放置玻璃片10，整平全站仪2，使对中激光3与反射在玻璃片10上的光斑重合。

具体地，如上所述，Z型脚架7与全站仪2之间通过连接结构连接，即通过设置在底座底部的微调螺旋132以及设置在其顶部的圆水准器131进行整平，在进行微调过程中，若对中激光3的激光点偏离反射盒515，则移动反射盒515，使激光点落在反射盒515上，固定反射盒515，确定反射盒515能够反射对中激光3线。

S6、切换垂线激光指向仪1发出的指示激光4的颜色，观察玻璃片10上的光斑是否有变化，若有变化则等待气温变化稳定，直至指示激光4与反射在玻璃片10上的光斑重合。

具体地，通过变换垂线激光指向仪1发出的激光的波长和激光在不同波长情况下折射率不同的原理，来判断坑内是否存在旁折光，避免出现测量偏差。

S7、待气候稳定后，在垂线激光指向仪1的顶部放置球形棱镜9，并使其朝向全站仪2方向，通过全站仪2获取自身的中心平面坐标A以及球形棱镜9的中心平面坐标B。盖上反射盒515的上盖，且该上盖采用半透明材质，此时两个上盖上的激光点的坐标即为A和B。

本发明通过反射盒515内的汞层52提供一个绝对的水平面，并通过全站仪2和垂线激光指向仪1发射的双色激光来获取两个垂直于汞层52的重力线，从而将地面导线点引入坑底，该测量精度不受仪器配件加工误差影响，测量时不受空气扰动影响，避免出现测量偏差，且可以通过双色折射率不同而引起的光斑不重叠，来检查投射光线是否存在大气折光，从而避免在不合适的时间进行测量，降低测量误差。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种联系测量系统，其特征在于，包括：

Z型脚架，为两个，分别对称设置在待测竖坑的侧壁的顶部，两个所述Z型脚架的自由端均朝向待测竖坑的方向伸出，且其伸出端的上方分别设有垂直向下发出激光的垂线激光指向仪和全站仪，两个所述Z型脚架上均设有可供激光穿过的第一开孔，所述垂线激光指向仪发出两种颜色的激光且其顶部设有球形棱镜；

反射盒，为两个，分别放置在待测竖坑的底部，所述垂线激光指向仪、全站仪发出的激光分别落在所述反射盒上，所述反射盒的内部由下至上依次设有汞层和非容性透明液体层；

玻璃片，为两个，其中一个所述玻璃片设置在所述Z型脚架与所述垂线激光指向仪之间，另一个所述玻璃片设置在所述Z型脚架与所述全站仪之间。

2.根据权利要求1所述的一种联系测量系统，其特征在于，还包括连接结构，所述连接结构包括：

基座，为两个，分别设置在两个所述Z型脚架的顶部的，所述基座与所述Z型脚架之间设有微调螺旋，所述基座与所述Z型脚架的顶部相对应的位置上设有第二开孔，所述第一开孔、第二开孔同轴设置；

支架，为两个，其中一个所述支架用于连接所述基座与所述垂线激光指向仪，另一个所述支架用于连接所述基座与所述全站仪。

3.根据权利要求2所述的一种联系测量系统，其特征在于，所述垂线激光指向仪包括用于发射激光的激光指向仪，所述激光指向仪与所述支架连接，所述激光指向仪的底部设有调焦装置，顶部设有钢套管，所述球形棱镜设置在所述钢套管的顶部。

4.根据权利要求2所述的一种联系测量系统，其特征在于，两个所述基座的顶部均设有圆水准器，所述激光指向仪的轴线和与其同侧设置的所述圆水准器的轴线平行，所述全站仪和与其同侧设置的所述圆水准器的轴线平行。

5.根据权利要求1所述的一种联系测量系统，其特征在于，所述汞层由液态汞填充形成，所述非容性透明液体层由非容性透明液体填充形成，所述非容性透明液体层的密度小于所述液态汞的密度，且其不溶于所述液态汞，所述非容性透明液体不易挥发。

6.根据权利要求1所述的一种联系测量系统，其特征在于，所述反射盒的顶部设有盒盖，所述盒盖采用半透明材质。

7.根据权利要求2所述的一种联系测量系统，其特征在于，所述玻璃片的两面平行设置，且所述玻璃片的宽度小于各个所述微调螺旋之间的内间距，并大于所述第一开孔的直径。

8.一种联系测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将两个Z型脚架分别对称设置在待测竖坑的侧壁的顶部，其自由端朝向待测竖坑的方向伸出，且两个Z型脚架上均设有第一开孔；

S2、两个Z型脚架的顶部分别垂直设置垂线激光指向仪和全站仪，垂线激光指向仪和全站仪发出的激光穿过第一开孔，且垂线激光指向仪可发出两种颜色的激光；

S3、打开垂线激光指向仪和全站仪，使其分别发出指示激光和对中激光，在待测竖坑的底部找到两个激光点，并整平附近区域；

S4、在指示激光点处放置反射盒，其中反射盒的内部由下至上依次设有汞层和非容性透明液体层，调动反射盒，使指示激光点与反射盒的中心重合，汞层将指示激光反射至垂线激光指向仪，在Z型脚架与垂线激光指向仪之间放置玻璃片，整平垂线激光指向仪，使指示激光与反射在玻璃片上的光斑重合；

S5、在对中激光点处放置反射盒，使对中激光点与反射盒的中心重合，汞层将对中激光反射至全站仪，在Z型脚架与全站仪之间放置玻璃片，整平全站仪，使对中激光与反射在玻璃片上的光斑重合；

S6、切换垂线激光指向仪发出的指示激光的颜色，观察玻璃片上的光斑是否有变化，若有变化则等待气温变化稳定，直至指示激光与反射在玻璃片上的光斑重合；

S7、待气候稳定后，在垂线激光指向仪的顶部放置球形棱镜，并使其朝向全站仪方向，通过全站仪获取自身的中心平面坐标A以及球形棱镜的中心平面坐标B；

S8、盖上反射盒的上盖，且该上盖采用半透明材质，此时两个上盖上的激光点的坐标即为A和B。

9.根据权利要求8所述的一种联系测量系统的测量方法，其特征在于，两个所述Z型脚架与所述垂线激光指向仪、全站仪之间均通过连接结构连接，所述连接结构包括：

基座，为两个，分别设置在两个所述Z型脚架的顶部，所述基座与所述Z型脚架之间设有微调螺旋，所述基座与所述Z型脚架的顶部相对应的位置上设有第二开孔，所述第一开孔、第二开孔同轴设置，所述基座的顶部均设有圆水准器，所述激光指向仪的轴线和与其同侧设置的所述圆水准器的轴线平行，所述全站仪和与其同侧设置的所述圆水准器的轴线平行，通过所述微调螺旋、圆水准器整平所述垂线激光指向仪以及所述全站仪；

支架，为两个，其中一个所述支架用于连接所述基座与所述垂线激光指向仪，另一个所述支架用于连接所述基座与所述全站仪。

10.根据权利要求9所述的一种联系测量系统的测量方法，其特征在于，微调所述微调螺旋时、若所述指示激光或者所述对中激光的激光点偏离所述反射盒，则移动所述反射盒，使激光点落在所述反射盒上，固定所述反射盒。

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