大学测量《矿山测量》教学课件：第七章 井下导线测量的精度分析

第七章第七章 井下导线测量的精度分析井下导线测量的精度分析 对对井井下下测测角角量量边边误误差差来来源源、影影响响规规律律以以及及提提高高测测角角量量边边精精度度的的相相应应措措施施进进行行分分析析；同同时时也也对对各各种种导导线线的的精精度度进进行行分分析析。其其目目的的在在于于从从理理论论上上阐阐述述井井下下导导线线的的点点位位误误差差和和坐坐标标方方位位角角误误差差与与测测角角量量边边误误差差之之间间的的内内在在联联系系，最最终终在在满满足足采采矿矿生生产产要要求求的的前前提下，选择最为合理和经济的测量仪器与方法。提下，选择最为合理和经济的测量仪器与方法。主要内容主要内容第一节第一节 井下测量水平角的误差井下测量水平角的误差第二节第二节 井下测量垂直角的误差井下测量垂直角的误差第三节第三节 井下钢尺量边的误差井下钢尺量边的误差第四节第四节 光电测距仪测边的误差光电测距仪测边的误差第五节第五节 经纬仪支导线的误差经纬仪支导线的误差第六节第六节 方向附合导线的误差方向附合导线的误差第七节第七节 陀螺定向陀螺定向光电测距导线的误差光电测距导线的误差第一节第一节 井下测量水平角的误差井下测量水平角的误差一、一、井下测量水平角的误差来源井下测量水平角的误差来源 井下用经纬仪测角主要误差来源：井下用经纬仪测角主要误差来源：(1)(1)仪器误差；仪器误差；(2)(2)测角方法误差：测角方法误差：由于瞄准和读数不正确所引起的误差；由于瞄准和读数不正确所引起的误差；(3)(3)觇觇标标对对中中误误差差和和仪仪器器对对中中误误差差：由由于于觇觇标标和和仪仪器器的的中中心心与与测点中心没有在同一铅垂线上所产生的误差测点中心没有在同一铅垂线上所产生的误差.此此外外，由由于于外外界界环环境境条条件件，如如井井下下湿湿度度、温温度度、矿矿尘尘量量、照照明明度度等等的的变变化化因因素素，也也会会给给测测角角带带来来误误差差。但但由由于于井井下下条条件件较较为为稳稳定定，不不像像地地面面那那样样受受季季节节、天天气气的的变变化化影影响响，在在短短暂暂的的测测角角时时刻刻内内可可以以认认为为是是基基本本稳稳定定的的，故故不不考考虑虑。下下面面，仅仅就就上上述述三三个个主主要要误误差差来来源及其对测角的影响进行分析讨论。源及其对测角的影响进行分析讨论。一、一、井下测量水平角的误差井下测量水平角的误差二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响 仪仪器器误误差差是是由由于于仪仪器器各各部部件件加加工工制制造造的的公公差差及及装装配配校校准准不不完完善善、仪仪器器结结构构的的几几何何关关系系不不正正确确和和仪仪器器的的稳稳定定性性不不良良所所引引起起的的。目目前前生生产产的的经经纬纬仪仪，其其公公差差与与稳稳定定性性对对井井下下测测角角来来说说影影响响很很小小，可可忽忽略略不不计计；其其结结构构的的几几何何关关系系的的正正确确性性虽虽在在出出厂厂时时给给予予了了保保证证，但但在在运运输输和和使使用用过过程程中中可可能能发发生生变变化化而而破破坏坏了了它它的的正正确确性性。因因此此，这这里里要要对对其其进进行行分分析析讨讨论论，以以便便在在井井下下使使用中采取相应措施来减少或消除其影响。用中采取相应措施来减少或消除其影响。在在仪仪器器的的几几何何关关系系中中，“三三轴轴”的的相相互互关关系系是是最最为为重重要要的的，如如图图所所示示。三三轴轴之之间间的的正正确确关关系系是是：视视准准轴轴应应垂垂直直于于水水平平轴轴(横横轴轴)，水水平平轴轴应应垂垂直直于于竖竖轴轴(纵纵轴轴)，竖轴应居于铅直位置。，竖轴应居于铅直位置。否否则则，将将相相应应地地产产生生视视准准轴轴误误差差(视视轴轴差差C)、水水平平轴轴倾倾斜斜误误差差i 和和竖竖轴轴倾倾斜斜误误差差v。总总称称之之为为“三三轴轴误误差差”。这这里里结结合合井井下下条条件件来来研研究究三三轴轴误误差差对对于于测测量量水水平角的影响。平角的影响。二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响图图7-1 经纬仪三轴的几何关系经纬仪三轴的几何关系二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响(一一)视轴差的影响视轴差的影响 已已知知视视轴轴差差C对对于于用用一一个个镜镜位位所所观观测测的的水水平平方方向向值的影响值的影响C的计算公式为：的计算公式为：C=C/cos (7-1)式中式中 观测方向的倾角观测方向的倾角 由由上上式式可可知知，C值值的的大大小小除除与与C有有关关外外，还还与与观观测测方方向向的的倾倾角角有有关关。当当视视线线接接近近水水平平时时，0，cos1。此此时时，对对同同一一目目标标正正倒倒镜镜观观测测读读数数之之差差(L-R180)称称 之之 为为 2C值值。取取 正正 倒倒 镜镜 观观 测测 的的 平平 均均 值值(L+R180)/2可消除视轴差可消除视轴差C的影响。的影响。二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响 测测量量水水平平角角时时，视视轴轴误误差差对对于于半半测测回回(即即只只用用正正镜镜或只用倒镜或只用倒镜)角值的影响按下式计算：角值的影响按下式计算：C=C(1/cos2-1/cos1)(7-2)式中式中2和和1为前后视点的倾角。为前后视点的倾角。由由上上式式可可知知，在在平平巷巷或或倾倾角角大大致致相相同同的的斜斜巷巷中中测测角角时时，C值值很很小小；在在平平巷巷与与斜斜巷巷相相交交处处测测角角时时，随随着斜巷倾角的增大，着斜巷倾角的增大，C值增大。值增大。二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响 在在观观测测过过程程中中，常常用用2C来来检检定定仪仪器器的的稳稳定定性性和和观观测测的的质质量量，如如在在前前面面表表1-4中中规规定定，对对于于DJ2级级和和DJ6级级经经纬纬仪仪，要要求求其其在在一一测测回回中中半半测测回回间间互互差差分分别别不不得得超超过过20和和40，其其实实质质就就是是要要求求2C的的变变化化范范围围分别不得超过分别不得超过20和和40。为为了了使使C值值保保持持不不变变。在在井井下下导导线线测测量量中中应应尽尽量量使使相相邻邻导导线线边边长长大大致致相相等等，避避免免特特长长边边与与特特短短边边相相邻邻，以免在观测过程中调焦望远镜而引起以免在观测过程中调焦望远镜而引起C值变化。值变化。二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响(二二)水平轴倾斜误差水平轴倾斜误差i i的影响的影响 水水平平轴轴不不与与竖竖轴轴垂垂直直的的误误差差，称称为为水水平平轴轴倾倾斜斜误误差差。它它是是由由于于水水平平轴轴两两端端支支架架不不等等高高和和轴轴径径不不同同等等原原因因引引起起的的。水水平平轴轴倾倾斜斜对对于于用用一一个个镜镜位位所所观观测测的的水水平平方向值的影响方向值的影响i为：为：i=i*tan (7-3)式中式中 i 水平轴倾斜误差，即水平轴的倾角；水平轴倾斜误差，即水平轴的倾角；观测方向的倾角。观测方向的倾角。由由上上式式可可知知，i随随值值的的增增大大而而增增大大，而而在在水水平平巷道中，巷道中，0，i0，即无影响。，即无影响。二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响 测测量量水水平平角角时时，水水平平轴轴倾倾斜斜误误差差对对半半测测回回角角值值的的影响可按下式计算：影响可按下式计算：i=i(tan2-tan1)(7-4)由由上上式式可可知知，在在平平巷巷中中或或前前后后视视倾倾角角相相同同(前前后后视视均均为为倾倾角角或或均均为为俯俯角角，且且大大小小相相等等)时时，i很很小小；但但在在同同一一斜斜巷巷中中，前前后后视视的的倾倾角角一一为为仰仰角角一一为为俯俯角角，i随随斜斜巷巷倾倾角角的的增增大大而而增增大大，并并为为单单方方向向影影响响值值的的二倍。二倍。二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响(三三)竖轴倾斜误差竖轴倾斜误差 竖竖轴轴与与铅铅垂垂线线间间的的夹夹角角称称为为竖竖轴轴倾倾斜斜误误差差。它它是是由由于于竖竖轴轴整整置置不不正正确确(如如水水准准管管轴轴线线不不与与竖竖轴轴垂垂直直)、照照准准部部旋旋转转不不正正确确以以及及外外界界因因素素影影响响(仪仪器器脚脚架架下下沉沉，风风流流吹吹动动仪仪器器)等等原原因因所所引引起起的的。竖竖轴轴倾倾斜斜误误差差对对于于用一个镜位所观测的水平方向值的影响为：用一个镜位所观测的水平方向值的影响为：v=vcostan (7-5)式中式中 v竖轴倾斜误差，即竖轴与铅垂线间的夹角竖轴倾斜误差，即竖轴与铅垂线间的夹角;竖竖轴轴倾倾斜斜方方向向线线与与水水平平轴轴在在水水平平面面上上投投影影线间的夹角。线间的夹角。二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响 测测量量水水平平角角时时，竖竖轴轴倾倾斜斜误误差差对对于于半半测测回回角角值值的的影响可按下式影响可按下式计计算：算：v=v(cos2 tan2-cos1 tan1)(7-6)由由上上式式可可知知，在在平平巷巷中中或或直直伸伸的的斜斜巷巷中中测测角角时时，v很小；而在平斜巷相交很小；而在平斜巷相交处处v最大。最大。值值得得注注意意的的是是：竖竖轴轴倾倾斜斜误误差差的的影影响响，不不能能通通过过正正、倒倒镜镜观观测测取取平平均均值值来来消消除除。因因此此，仪仪器器应应当当精精确确整整平平。当当进进行行重重要要贯贯通通测测量量时时，应应根根据据需需要要加加入入这这项项改正数。改正数。二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响 综综上上分分析析可可知知，视视轴轴差差和和水水平平轴轴倾倾斜斜误误差差对对测测量量水水平平角角的的影影响响可可用用正正倒倒镜镜两两个个镜镜位位观观测测的的方方法法来来消消除除或或减减少少到到最最低低艰艰度度；而而竖竖轴轴倾倾斜斜误误差差只只能能因因加加改改正正数数或或采采用用跨跨水水准准管管来来整整平平水水平平轴轴的的方方法法来来减减少少或或消消除除其其影影响响。当当然然，对对于于电电子子经经纬纬仪仪而而言言，如如前前面面第第一一章章第第二二节节所所述述，由由于于采采用用了了单单轴轴、双双轴轴或或三三轴轴自自动动补补偿偿装装置置。可可将将三三轴轴误误差差的的影影响响消消除除或或限限制制在在极极小小范范围围之之内内，有有了了三三轴轴自自动动补补偿偿装装置置，即即使使只只用用一一个个镜镜位位测测角角，也也可不受或基本上不受三可不受或基本上不受三轴误轴误差的影响。差的影响。二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响电子经纬仪的自动补偿系统电子经纬仪的自动补偿系统1、电子测角自动补偿系统的工作原理、电子测角自动补偿系统的工作原理1211212212发光二极管发光二极管接收二极管接收二极管Z=PPZHHiTT21T21Titip二、二、仪器误差对井下测量水平角的影响仪器误差对井下测量水平角的影响2、几种补偿系统、几种补偿系统（1 1）Kern E2Kern E2电子经纬仪的补偿系统电子经纬仪的补偿系统发光二极管光电探测阵列补偿器液体盒1234光电探测阵列（2 2）SET CSET C电子速测仪的补偿系统电子速测仪的补偿系统电子经纬仪的自动补偿系统电子经纬仪的自动补偿系统三、三、测角方法误差测角方法误差 测测角角方方法法误误差差mi是是由由于于瞄瞄准准误误差差和和读读数数误误差差引引起起的，但它又与测角方法有关。的，但它又与测角方法有关。(一一)瞄准误差瞄准误差m mV V 用用经经纬纬仪仪望望远远镜镜的的十十字字丝丝瞄瞄准准觇觇标标中中心心时时，由由于于人人眼眼视视力力的的临临界界角角、望望远远镜镜的的放放大大倍倍数数、十十字字丝丝的的结结构构、觇觇标标的的形形状状、颜颜色色及及其其照照明明状