谈一井定向和两井定向的实验模拟及数据处理

第４１卷第３０期　２　０　１　５年１　０月　山　西　建　筑　

ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．４１　Ｎｏ．３０　

Ｏｃｔ．　２０１５　・１９３・　

文章编号：１００９—６８２５（２０１５）３０—０１９３—０３　谈一井定向和两井定向的实验模拟及数据处理　

许多叉　（武威职业学院，甘肃武威７３３０００）　摘要：对矿井联系测量中一井定向、两井定向的实现原理进行了分析，从实验模拟、方案选取、外业数据采集、内业数值处理与分　析等方面进行了论述，提出了结合既有楼宇楼道、楼梯间实现实验的方法，进行了图示和计算步骤的梳理及要点归纳，达到了书本　理论到实验实践的连通，解决了具体实验中的场地局限、数据处理、质量控制的问题。　关键词：一井定向，两井定向，实验模拟，数据处理　中图分类号：ＴＤ１７１　文献标识码：Ａ　

０　引言　矿井联系测量在矿井基建、生产乃至矿井报废阶段都有重要　的现实意义。在矿井基建时期，为了加快井筒和巷道的贯通测　量；在矿井生产时期需要了解井下巷道、采空区及地面建筑物、构　筑物、铁路、水体等的相互位置关系，确定采矿所引起的地表塌陷　的程度和范围以及为了保护地面建筑物和避免地表水体、老塘水　对开采影响所需留设保护煤柱的大小；在矿井报废阶段为了避免　井下采空区对地表和相邻矿井的影响等都需要建立在矿井上、下　采用同一坐标基础之上。在具体施测中采用ＧＰＳ、陀螺经纬仪等　测绘新仪器可以完成相应的作业，但是在数据处理和分析中所体　现的测量基础性的知识还是不容小觑，所以矿井联系测量最终的　目的是回到测量的出发点上：求得在不同作业层面、立体空间中　某些点的坐标而投影纳入到同一个坐标系中，分析其关系，为生　产服务。　１　模拟一井定向、两井定向实验设计的必要性　矿井联系测量属于工程测量学、矿山测量学、控制测量学、基　础平差等课程的重要一节，学科内容有交集。联系测量中地下控　制网与地面上网联系的形式不同，定向一般有四种方法：两井定　向、一井定向、平坑与斜井定向、陀螺经纬仪定向。经典的一井定　向、两井定向，知识点多，且环环相扣，融合了外业数据采集、内业　数据处理、基础平差、归化计算等学习能力，在某种程度上来讲，　综合性高，掌握起来稍显复杂。从书本理论到具体实践中的计算　的作用。数据库建设前地籍数据的检查工作（主要是空间数据和　属性数据）对数据库的质量和成果好坏起着最为关键的作用。利　用ＲＤｃｉｓ　６．５对二调时完成的城镇地籍数据库进行升级最大限度　的利用了已有的地籍成果，节省了资本，提高了效率。　参考文献：　［１］ＴＤ／Ｔ　１００１－－２０１２，地籍调查规程［ｓ］．　［２］　ＧＢ／Ｔ　２４３５６－－２００９，测绘成果质量检查与验收［Ｓ］．　分析还是有一定的距离，力求结合已有的某些建筑平台充当矿井　模拟而完成联系测量中的两井定向、一井定向的实验要点及数据　分析处理，强调其需要注意的事项，显得尤为必要。　２　一井定向、两井定向的实验模拟、外业数据采集　在具体实验实践中，关于一井定向和两井定向，现实条件存　在着具体实验场地不足或者根本没有可模拟的场地用以实验的　客观局限，对于数据处理和两种方式的异同比较更是无从谈起。　通过笔者的分析和观察，结合在具体教学中的探索，模拟实验可　以借助于建筑单体中的楼梯来完成，获取数据，其原理完全符合　矿井联系测量要求，实验结果和精度满足教学需要。具体的实验　平台表示如下。　２．１　一井定向的实验实现及外业数据采集　

一井定向的实验工作分为两部分：一是由地面（六楼）用吊锤　线向隧道（楼梯间的空隙来实现）投点；二是地面（六楼）和地下　（一楼）控制点与吊锤线的连接测量。如图１所示，在一个楼梯问　完成竖井井筒的模拟。其Ａ，曰两点分别表示两根吊锤线。连接　测量在布设控制网时，联系三角形要满足的条件为：第一，联系三　角形△ＡＣ昱及ＡＡ　Ｃ　Ｂ　应为伸展形状，角度　和ＪＢ应接近于０，任　何情况下　角都不能大于３。；第二，点Ｃ和Ｍ及Ｃ　和　要彼此　通视，且ＣＭ与ｃ　的边长要大于２Ｏ　ｍ；第三，ａ／ｃ与０　／ｃ　的值要　尽量小一些，一般应小于１．５。ＰＭＣＡＢ路线在六楼架设仪器完成　测量，曰～Ａ　Ｃ　Ｍ　路线则是在一楼架设仪器完成测量。这样就实现了　

［３］　ＧＢ／Ｔ　１８３１６－－２００１，数字测绘产品检查验收规定和质量评　定［ｓ］．　［４］ＧＢ／Ｔ　１９２３１－２００３，土地基本术语［ｓ］．　［５］ＴＤ／Ｔ　１０１６－－２００３，国土资源信息核心元数据标准［ｓ］．　［６］　宗地编码规则（试行）［ｚ］．　［７］ＴＤ／Ｔ　１Ｏ１６—２ｏｏ７，土地利用数据库标准［ｓ］．　［８］ＴＤ／Ｔ　１０１５－－２００７，城镇地籍数据库标准［ｓ］．　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｄａｓｔｒｅ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ　ｌａｎｄ　ｔｅｎｕｒｅ　Ｚｈｕ　Ｈｕｉｂａｏ　（Ｈｅｂｅｉ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌａｎｇｆａｎｇ　０６５０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　Ｌａｎｇｆａｎｇ　ｕｒｂａｎ　ｃａｄａｓｔｒｅ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｆｏｒｍａｔ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｍａｔ・　ｔｅｒＳ　ｎｅｅｄｉｎｇ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｉｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｃａｄａｓｔｒｅ　ｄａｔａｂａｓｅ，ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｕｒｂａｎ　ｃａｄａｓｔｒｅ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｓｏｍｅ　ｈｅｌｐ　ｆｏｒ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．　１ｙ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｃａｄａｓｔｒｅ　ｄａｔａｂａｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ　ｌａｎｄ，ｌａｎｄ　ｔｅｎｕｒｅ，ｄａｔａｂａｓｅ，ｃａｄａｓｔｒｅ　

收稿日期：２０１５—０８—１８　作者简介：许多文（１９８２．），男，硕士，讲师　第４１卷第３０期　・１９４・　２　０　１　５年１　０月　山　西　建　筑　

在不同层面的巷道掘进。实验的实质就是把在一楼所测量和标　注的点，在六楼所布设的控制网中获得坐标。连接三角形法的外　业工作包括：地面连接测量在Ｃ点安置经纬仪测量出　，　和　三　个角度，并丈量ａ，ｂ，ｃ三条边的边长。同样，井下连接测量在Ｃ　点安置仪器测量出　，　和　三个角度，并丈量ａ　，ｂ　和Ｃｔ三条边　的边长。　地下导线起始方位角的误差，用下列公式来表示：　ｍ　＝（ｍ。）；＋（ｍ０）　＋（ｍｏ）；。　式中：（ｍ。）　——边长丈量误差所引起的计算角度的误差；　（ｍ。）。——角度观测误差的影响；　（ｍ。）　——用吊锤投点误差的影响。　为了保证必要的精度，可以通过质量控制反演，选取合适标　称精度的仪器对投点、距离丈量和三角形联系测量进行多次量测　和计算。　图１一井定向的实验模拟示意图　２．２　双井定向的实验实现及外业数据采集　当矿井有两个竖井（在实验中用两个楼梯间空隙来实现），且　在定向水平有巷道相通并能进行测量时，就可以采用两井定向。　在图２中，４及Ａ　，Ｂ与日　分别表示地面和地下同一个投射点。实　线表示地面控制测量（六楼），虚线表示井下导线测量（一楼）。在　两个井筒内（楼梯问空隙）各用重球悬挂一根钢丝，通过地面和井　下导线连接起来，把地面坐标系中的平面坐标和方向传递到井　下。两井定向的外业测量和一井定向类似，也包括投点、地面和　井下连接测量。由于在每个井口只悬挂一根钢丝，这就使投点更　为方便且缩短了占用井筒的时间。同时，两井定向与一井定向相　比，两根钢丝间的距离大大增加，从而使投向误差显著减小。在　进行外业观测时，地面分别在Ｃ，Ｉ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ点架设仪器，测得对　应的连接角和距离。地下分别在１，２，３，４，５点架设仪器，测得对　应的连接角和距离。　注意：　１）地面和地下测量时，Ａ（Ａ　），Ｂ（Ｂ　）作为视准点和待求点，　在其上不可架设也不需要架设仪器；　２）根据误差传播规律，为了减少测角误差，尽量延长传递导　线的长度。　图２两井定向的实验模拟示意圈　３一井定向、两井定向的内业实验数据处理及要点　３．１　一井定向的实验数据处理　一井定向的关键是连接三角形的解算，如图１所示。　１）通过在Ｃ和Ｃ　分别架设仪器，对于ＡＢ和　目标进行测　量，运用正弦定理，解算出　，卢，　，卢　。　２）连接三角形的三个内角Ｏｌ，卢，ｙ及ＯＬ　，卢　，　的和均应为　１８０。，若有少量残差可平均分配到　，卢或　，ＪＢ　上。　３）井上丈量的两钢丝间的距离Ｃｔ与余弦定理计算出的距离　Ｃ计互差不应超限，地下测量相同，不超限可在丈量的ａ，ｂ，ｃ及　ａ　，ｂ　，ｃ　中加入改正数。　４）将井上、井下连接图形视作一条导线，如Ｐ＿一Ｍ　一日一　Ｃ　—卅　，可按导线的计算方法求出井下起始点Ｃ　和起始方位角　

Ｍ　ｒ。　注意：　

１）采用一井定向进行平面联系测量至少应独立进行两次，两　次的较差值小于《规程》要求，取中来用。必要时可根据质量控制　反演来确定采用的观测仪器精度、观测的次数等；　２）由于卢，　角度很小，故三角形内角和来检核有时不可靠，　如果现场条件允许，为了提高定向的精度，可以应用两边连接的　联系三角形或三个吊锤组成的联系三角形。　３．２　两井定向的实验数据处理　两井定向的内业实验数据处理有以下步骤，如图２所示。　１）根据导线传递的距离和转折角，计算出地面两钢丝点Ａ，Ｂ　的坐标；　２）计算出ＡＢ连线在地面控制坐标系中的坐标方位角　及　距离ＳＡＢ；　３）以井下的Ａ　１为　轴，以Ａ　点为坐标原点建立假定坐标　系，计算井下各点及　点在假定坐标系中的坐标值；　４）计算Ａ　曰　在假定坐标系中的方位角　，与距离Ｌｓ　，由于　误差存在，故ＡＳ＝Ｓ　，一Ｓ　，当上述△ｓ不超过《规程》要求允许　值时，进行下一步计算；　５）计算起始边在地面坐标系中的方位角　６）根据Ａ点坐标和计算出的Ｏｔ　依次推算其余各点在地面　坐标系统中的坐标和方位角；　７）由于误差影响Ｓ　≠Ｓ　，，因而地下导线在地面坐标系中　计算得到的Ｂ点坐标（Ｘ　，Ｙ　）和地面上计算Ｂ点坐标（Ｘ　，　）　不相等，计算其坐标闭合差和相对闭合差，满足要求应进行平差，　再由Ａ点推算地下导线各点的坐标。　注意：　１）由坐标反算求解方位角时，要注意区别方位角和象限角的　异同；　２）在建立的不同坐标系中求同一条边的方位角，相当于坐标　系进行了旋转；　３）以上计算步骤中，有限差要求的必须要满足条件，方可进　行下一步计算，如果超限，则要重新测量和计算；　４）由地面和地下计算得到的ＳＡＢ及Ｓ　枷，，当竖井深度较大时　必须要投影到同一个投影面才能检核；Ｓ　≠Ｓ　，，其差值要在投　影改正后计算；　５）按《规程》要求，两井定向必须独立进行两次，两次的起始　方位角互差不超限，取平均值为最终定向成果。　４结语　矿井联系测量中一井定向、两井定向的外业数据采集较多，　内业实验数据处理相对较复杂。很多测绘专业、采矿专业的学生　学习由于实验场地的不足而停留在书本理论层面，没有自己的动　手实践故印象不深，知识点的掌握似是而非。在本文中通过借助于