CN109883371A - 矿山井下支导线平差测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿山井下支导线平差测量方法及系统，其中的方法包括：根据矿山井下巷道独头掘进的起始方向，在巷道内依次创建已知控制点A、B和方向AB，根据巷道内的掘进方向依次创建巷道内控制点C、D；指导施工的第一导线从已知控制点A沿已知方向AB出发，经过已知控制点B、巷道内控制点C到达巷道内控制点D，从而形成支导线；对支导线进行模拟，构建附合导线，通过测量仪器确定附合导线的各边长量以及角度量；使用附合导线平差坐标计算法对附合导线的各边长量以及角度量进行计算，确定控制点D的最终坐标利用上述发明能够显著提高矿山井下支导线的测量精度以及独头掘进的工作效率。

Description

矿山井下支导线平差测量方法及系统

技术领域

本发明涉及测量平差计算领域，更为具体地，涉及一种矿山井下支导线平差测量方法及系统。

背景技术

在矿山测量作业中，由于测量仪器的精度不完善和人为因素及外界条件的影响，测量误差总是不可避免的，在使用测量平差的方式提高精度时，观测值的个数往往要多于确定未知量所必须观测的个数，也就是要进行多余观测，有了多余观测，势必在观测结果之间产生矛盾，测量平差的目的就在于消除这些矛盾而求得观测量的最可靠结果并评定测量成果的精度，测量平差采用的原理就是“最小二乘法”。

矿山井下独头掘进，一般采用布设支导线的方法指导施工，但是随着掘进距离的增加，测量误差往往会越来越大，如果不采用测量平差的方式，会造成很大的误差，严重时甚至会贯通工程造成巨大的损失；然而，在实际应用中，支导线一般是不能使用测量平差的方式来提高精度的，基于这一点，急需一种新型测量平差的方式提高测量的精度。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种矿山井下支导线平差测量方法及系统以解决现有的采用布设支导线指导矿山井下独头掘进施工时测量精度低的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种矿山井下支导线平差测量方法，包括；

根据矿山井下巷道独头掘进的起始方向，在巷道内依次创建已知控制点 A、B和方向AB，根据巷道内的掘进方向依次创建巷道内控制点C、D，其中，四个控制点的位置根据掘进工程图选取，控制点A为坐标原点，控制点 D为距离掘进面最近的点，相邻控制点间相互通视，各相邻控制点间的直线距离相差不超过一米；

指导施工的第一导线从已知控制点A沿已知方向AB出发，经过巷道内控制点C到达巷道内控制点D，从而形成支导线；

对支导线进行模拟，构建附合导线，通过测量仪器确定附合导线的各边长量以及角度量；

使用附合导线平差坐标计算法对附合导线的各边长量以及角度进行计算，确定控制点D的最终坐标。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种矿山井下支导线平差测量系统，包括：

控制点创建单元，用于根据矿山井下巷道独头掘进的起始方向，在巷道内依次创建已知控制点A、B和方向AB，根据巷道内的掘进方向依次创建巷道内控制点C、D，其中，四个控制点的位置根据掘进工程图选取，控制点A 为坐标原点，控制点D为距离掘进面最近的点，相邻控制点间相互通视，各相邻控制点间的直线距离相差不超过一米；

支导线创建单元，用于创建支导线，包括：使指导施工的第一导线从已知控制点A沿已知方向AB出发，经过巷道内控制点C到达巷道内控制点D，从而形成支导线；

附合导线创建单元，用于对支导线进行模拟，创建附合导线，通过测量仪器确定附合导线的各边长量以及角度量；

平差计算单元，用于使用附合导线平差坐标计算法对附合导线的各边长观以及角度观进行计算，确定控制点D的最终坐标。

利用上述矿山井下支导线平差测量方法及系统，首先，通过各控制点布设支导线，然后对支导线进行模拟，创建附合导线，最后使用附合导线平差坐标计算法对附合导线的各边长观测量以及角度观测量进行计算，求得控制点D的最终坐标。通过这种方式既能够实现对支导线进行平差测量，又能够显著提高矿山井下巷道独头掘进方向的测量精度。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的矿山井下支导线平差测量方法的流程图，以及示例流程图；

图2为根据本发明实施例的矿山井下支导线平差测量系统的逻辑结构框图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明的矿山井下支导线平差测量方法的流程图。

如图1所示，本发明提供的矿山井下支导线平差测量方法，包括：

S110：用于根据矿山井下巷道独头掘进的起始方向，在巷道内依次创建已知控制点A、B和方向AB，根据巷道内的掘进方向依次创建巷道内控制点 C、D，其中，四个控制点的位置根据掘进工程图选取，控制点A为坐标原点，控制点D为距离掘进面最近的点，相邻控制点间相互通视，各相邻控制点间的直线距离相差不超过一米。

需要强调的是，在实际的矿山井下工作中，相邻控制点间的距离一般为几米至十几米，误差保持在一米以内能够保证最终的测量精度，当然，在特殊情况下各相邻控制点间的距离会超过二十米，在这种情况下，各相邻控制点间的距离只要不超过三米就可保证最终的测量精度。

S120：指导施工的第一导线从已知控制点A沿已知方向AB出发，经过控制点B、巷道内控制点C到达巷道内控制点D，从而形成支导线。

S130：对形成的支导线进行模拟，构建附合导线，通过测量仪器确定所述附合导线的各边长量以及角度量。

在实际工作中，测量仪器一般选用全站仪，工作人员使用全站仪在各控制点对附合导线进行观测并记录，记录的各观测值包括各边长量和角度量，其中，角度量包括起始点的坐标方位角以及各观测左角值。

S140：使用附合导线平差坐标计算法对附合导线的各边长量以及角度量进行计算，确定控制点D的最终坐标。

通过对形成的支导线进行模拟，构建出与该支导线相对应的附合导线，然后对此附合导线进行测量平差计算，求得控制点D的精确坐标，该方法步骤简单易操作，且能够显著提高矿山井下独头掘进方向的测量精度。

具体地，在对形成的支导线进行模拟，构建附合导线的过程中；指导施工的第二导线从已知控制点A沿已知方向AB出发，经过B、C、D、C、B 四个控制点最后附合到已知控制点A，最终形成附合导线，通过这种简单的方式既能够实现附合导线的创建，又能够显著提高矿山井下的工作效率。

此外，使用附合导线平差坐标计算法对附合导线的各边长观测量以及角度观测量进行计算的过程包括，角度闭合差的计算与调整阶段、坐标增量闭合差的计算阶段、导线全长相对闭合差计算阶段以及控制点坐标计算阶段，角度闭合差的计算与调整阶段用于检测角度观测的精度是否满足相应的技术要求，为后续的平差计算提供基础，坐标增量闭合差的计算阶段用于对各控制点的坐标增量以及坐标增量闭合差进行计算，导线全长相对闭合差计算阶段用于对导线全长闭合差以及导向全长相对闭合差进行计算，并根据计算的结果验证各边长观测量是否满足相应的技术要求，控制点坐标计算阶段用于计算控制点D的最终坐标。

具体地，角度闭合差的计算与调整阶段包括，根据起始点一直坐标方位角αAB及观测的左角可推出终边BA的方位角α′BA，方位角α′BA与终边已知方位角αBA的差值即为附合导线的角度闭合差，计算公式为fβ＝α′BA-αBA；计算角度闭合差是为了检测外业角度观测的精度是否满足相应的等级导线的技术要求，不同等级导线的技术要求不同，都有相应的角度闭合差的容许值，对角度闭合差和角度闭合差的容许值进行比较，若角度闭合差小于容许值，则可以进行后续平差计算，若角度闭合差大于容许值，则需要重新观测各角度观测量再次计算，直至角度闭合差小于容许值。

更为具体地，角度闭合差的计算与调整阶段还包括，按照‘闭合差反符号平均分配’的原则，计算各角改正数，计算公式为vi＝-fβ/n，其中，vi为各角改正数，fβ为角度闭合差，n为测站个数；然后将改正数加至观测角上，求出改正后的角值，计算公式为βi′＝βi+vi，其中，βi′为改正后的角值，βi为观测角值，vi为各角改正数。

另外，坐标增量闭合差的计算阶段包括，根据附合导线的图形，计算各边坐标增量代数和的理论值，计算公式如下：

Σ△x理＝x终-x始

Σ△y理＝y终-y始

其中，Σ△x理、x终、x始分别为X方向上各边坐标增量代数和的理论值、终点的坐标值以及起点的坐标值，Σ△y理、y终、y始分别为Y方向上各边坐标增量代数和的理论值、终点的坐标值以及起点的坐标值；计算各相邻点间的△x、△y，则纵、横轴坐标增量闭合差的计算公式如下：

fx＝Σ△x测-Σ△x理

fy＝Σ△y测-Σ△y理。

在本发明的一个具体实施方式中，导线全长相对闭合差计算阶段包括，导线全长闭合差的计算，计算公式为其中，f为导线全长闭合差，fx和fy分别为纵、横轴坐标增量闭合差；导线全长相对闭合差的计算，计算公式为K＝D/ΣD，其中，f为导线全长闭合差，ΣD为导线全长；对导线全长相对闭合差和全长相对闭合差的容许值进行比较，若全长相对闭合差小于容许值，则可以进行后续平差计算，若全长相对闭合差大于容许值，则需要重新测量各边长观测量再次计算，直至全长相对闭合差小于全长相对闭合差容许值。

此外，控制点坐标计算阶段的过程包括，计算各导线边的坐标增量改正数和改正后的坐标增量以及计算各个控制点的坐标，其中，各导线边的坐标增量改正数的计算公式为，某导线边的X坐标增量改正数＝X坐标增量闭合差的相反数*(该边的实测边长/导线总长)，某导线边的Y坐标增量改正数＝Y坐标增量闭合差的相反数*(该边的实测边长/导线总长)；改正后坐标增量的计算公式为，改正后坐标增量＝坐标增量+坐标增量改正数；各个控制点坐标的计算公式为，X坐标＝前一点的X坐标+该测站的改正后坐标增量；Y坐标＝前一点的Y坐标+该测站的改正后坐标增量，根据各控制点的坐标计算公式计算控制点D的最终坐标。

与上述方法相对应，本发明还提供一种矿山井下支导线平差测量系统，图2示出了根据本发明实施例的矿山井下支导线平差测量系统的逻辑结构。

如图2所示，本发明提供的矿山井下支导线平差测量系统200，包括：控制点创建单元210、支导线创建单元220、附合导线创建单元230、平差计算单元240。

其中，控制点创建单元210用于根据矿山井下巷道独头掘进的起始方向，在巷道内依次创建已知控制点A、B和方向AB，根据巷道内的掘进方向依次创建巷道内控制点C、D，其中，四个控制点的位置根据掘进工程图选取，控制点A为坐标原点，控制点D为距离掘进面最近的点，相邻控制点间相互通视，各相邻控制点间的直线距离相差不超过一米。

支导线创建单元220用于创建支导线，包括：使指导施工的第一导线从已知控制点A沿已知方向AB出发，经过经过已知控制点B、巷道内控制点C 到达巷道内控制点D，从而形成支导线。

附合导线创建单元230用于对支导线进行模拟，创建附合导线，然后通过测量仪器确定所述附合导线的各边长量以及角度量。

平差计算单元240用于使用附合导线平差坐标计算法对所述附合导线的各边长量以及角度量进行计算，求得控制点D的最终坐标。

进一步地，附合导线创建单元230用于根据所述支导线创建附合导线，包括：使指导施工的第二导线从已知控制点A和已知方向AB出发，经过C、 D、C、B四个控制点最后附合到已知控制点A，最终形成附合导线。

通过上述能够看出本发明提供的矿山井下支导线平差测量方法及系统，通过对矿山井下指导施工的支导线进行模拟，创建相应的附合导线，然后使用附合导线平差坐标计算法对附合导线的各边长观测量以及角度观测量进行计算，求得控制点D的最终坐标。该方法能够克服现有的支导线难以进行测量平差的困难，显著提高矿山井下独头掘进方向的测量精度，提高矿山作业的工作效率。

如上参照图1和图2以示例的方式描述根据本发明的矿山井下支导线平差测量方法及系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的矿山井下支导线平差测量方法及系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种矿山井下支导线平差测量方法，包括：

根据矿山井下巷道独头掘进的起始方向，在巷道内依次创建已知控制点A、B和方向AB，根据巷道内的掘进方向依次创建巷道内控制点C、D，其中，四个控制点的位置根据掘进工程图选取，所述控制点A为坐标原点，所述控制点D为距离掘进面最近的点，相邻控制点间相互通视，相邻控制点间的直线距离相差不超过一米；

指导施工的第一导线从所述已知控制点A沿已知方向AB出发，经过所述已知控制点B、所述巷道内控制点C到达所述巷道内控制点D，从而形成支导线；

对所述支导线进行模拟，构建附合导线，通过测量仪器确定所述附合导线的各边长量以及角度量；

使用附合导线平差坐标计算法对所述附合导线的各边长量以及角度量进行计算，确定所述控制点D的最终坐标。

2.如权利要求1所述的矿山井下支导线平差测量方法，其中，在对所述支导线进行模拟，构建附合导线的过程中；

指导施工的第二导线从所述已知控制点A沿已知方向AB出发，经过B、C、D、C、B四个控制点最后附合到所述已知控制点A，最终形成所述附合导线。

3.如权利要求1所述的矿山井下支导线平差测量方法，其中，使用附合导线平差坐标计算法对所述附合导线的各边长观测量以及角度观测量进行计算的过程包括：

角度闭合差的计算与调整阶段、坐标增量闭合差的计算阶段、导线全长相对闭合差计算阶段以及控制点坐标计算阶段。

4.如权利要求3所述的矿山井下支导线平差测量方法，其中，所述角度闭合差的计算与调整阶段包括：

根据起始点的坐标方位角αAB及观测的左角可推出终边BA的方位角α′BA，所述方位角α′BA与终边已知方位角αBA的差值即为附合导线的角度闭合差，计算公式为fβ＝α′BA-αBA；

对所述角度闭合差和角度闭合差的容许值进行比较，若所述角度闭合差小于所述容许值，则可以进行后续平差计算，若所述角度闭合差大于所述容许值，则需要重新观测各角度量再计算，直至所述角度闭合差小于所述容许值。

5.如权利要求4所述的矿山井下支导线平差测量方法，其中，所述角度闭合差的计算与调整阶段还包括：

按照‘闭合差反符号平均分配’的原则，计算各角改正数，计算公式为vi＝-fβ/n，其中，vi为各角改正数，fβ为所述角度闭合差，n为测站个数；

然后将改正数加至观测角上，求出改正后的角值，计算公式为βi′＝βi+vi，其中，βi′为改正后的角值，βi为观测角值，vi为各角改正数。

6.如权利要求3所述的矿山井下支导线平差测量方法，其中，所述坐标增量闭合差的计算阶段包括：

根据附合导线的图形，计算各边坐标增量代数和的理论值，计算公式如下：

Σ△x理＝x终-x始

Σ△y理＝y终-y始

其中，Σ△x理、x终、x始分别为X方向上各边坐标增量代数和的理论值、终点的坐标值以及起点的坐标值，Σ△y理、y终、y始分别为Y方向上各边坐标增量代数和的理论值、终点的坐标值以及起点的坐标值；

计算各相邻点间的△x、△y，则纵、横轴坐标增量闭合差的计算公式为：

fx＝Σ△x测-Σ△x理

fy＝Σ△y测-Σ△y理。

7.如权利要求3所述的矿山井下支导线平差测量方法，其中，所述导线全长相对闭合差计算阶段包括：

导线全长闭合差的计算，计算公式为其中，f为导线全长闭合差，fx和fy分别为纵、横轴坐标增量闭合差；

导线全长相对闭合差的计算，计算公式为K＝D/ΣD，其中，f为导线全长闭合差，ΣD为导线全长；

对所述导线全长相对闭合差和全长相对闭合差的容许值进行比较，若所述全长相对闭合差小于所述全长相对闭合差容许值，则可以进行后续平差计算，若所述全长相对闭合差大于所述全长相对闭合差容许值，则需要重新测量各边长量再次计算，直至所述全长相对闭合差小于所述全长相对闭合差容许值。

8.如权利要求3所述的矿山井下支导线平差测量方法，其中，控制点坐标计算阶段包括，计算各导线边的坐标增量改正数和改正后的坐标增量以及计算各个控制点的坐标；

各导线边的坐标增量改正数的计算公式为，某导线边的X坐标增量改正数＝X坐标增量闭合差的相反数*(该边的实测边长/导线总长)，某导线边的Y坐标增量改正数＝Y坐标增量闭合差的相反数*(该边的实测边长/导线总长)；

改正后坐标增量的计算公式为，改正后坐标增量＝坐标增量+坐标增量改正数；

各个控制点坐标的计算公式为，X坐标＝前一点的X坐标+该测站的改正后坐标增量；Y坐标＝前一点的Y坐标+该测站的改正后坐标增量；

根据各个控制点坐标的计算公式计算所述控制点D的最终坐标。

9.一种矿山井下支导线平差测量系统，包括：

控制点创建单元，用于根据矿山井下巷道独头掘进的起始方向，在巷道内依次创建已知控制点A、B和方向AB，根据巷道内的掘进方向依次创建巷道内控制点C、D，其中，四个控制点的位置根据掘进工程图选取，所述控制点A为坐标原点，所述控制点D为距离掘进面最近的点，相邻控制点间相互通视，各相邻控制点间的直线距离相差不超过一米；

支导线创建单元，用于创建支导线，包括：使指导施工的第一导线从所述已知控制点A沿已知方向AB出发，经过所述巷道内控制点C到达所述巷道内控制点D，从而形成支导线；

附合导线创建单元，用于对所述支导线进行模拟，创建附合导线，通过测量仪器确定所述附合导线的各边长量以及角度量；

平差计算单元，用于使用附合导线平差坐标计算法对所述附合导线的各边长量以及角度量进行计算，确定所述控制点D的最终坐标。

10.如权利要求9所述的矿山井下支导线平差测量系统，其中，

所述附合导线创建单元用于根据所述支导线创建所述附合导线，包括：使指导施工的第二导线从所述已知控制点A沿已知方向AB出发，经过B、C、D、C、B四个控制点最后附合到所述已知控制点A，从而创建最终的所述附合导线。