一种地下导线测量系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种地下导线测量系统及方法，其系统包括全站仪、偏心测量盘和计算机，偏心测量盘安装在全站仪的手柄上；偏心测量盘包括圆形刻度盘和角度指标尺，圆形刻度盘的顶面圆周上刻有角度刻度，角度指标尺上刻有指标尺长度刻度，角度指标尺长度方向上的中心线上刻有角度指示线，角度指标尺上设置有读数窗，圆形刻度盘的底面上连接有两个固定栓，全站仪的手柄上设置有两个连接孔，圆形刻度盘的几何中心位于全站仪的中心轴线上，角度刻度的零刻度对准全站仪上望远镜的视准轴设置；其方法包括步骤：一、外业数据采集，二、内业数据处理。本发明测量精度高、效率高，成本低，操作简便，数据处理自动化程度高，数据处理结果能够直观显示并保存。
【专利说明】一种地下导线测量系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地下工程测量【技术领域】，具体涉及一种地下导线测量系统及方法。
【背景技术】
[0002] 在地下工程中，特别是矿井工程，由于受井下巷道条件的限制，其平面控制测量均 以导线的形式沿巷道布设。井下平面控制测量的目的是建立井下平面测量的依据，用于测 绘和标定井下巷道、硐室、回采工作面等的平面位置，也能满足巷道贯通测量的要求。
[0003] 地下导线测量中，目前应用最多的是全站仪导线测量。全站仪的安置指在测点标 志上进行仪器对中和整平。地下巷道的测量环境与地面测量环境有很大的不同。首先是导 线点标志一般位于巷道的顶板上，在导线测量过程中，相应的全站仪采取向上对中方式，需 要利用垂球辅助对中。由于地下光线弱及巷道内环境恶劣，全站仪的对中和整平过程往往 耗时较多，其对中精度亦无法保证，大大影响了地下导线测量工作的效率。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简 单、设计新颖合理、实现方便且成本低、操作简便、自动化程度高的地下导线测量系统。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种地下导线测量系统，其特 征在于：包括用于进行外业数据采集的全站仪和偏心测量盘，以及用于进行内业数据处理 的计算机，所述偏心测量盘安装在全站仪的手柄上；所述偏心测量盘包括圆形刻度盘和角 度指标尺，所述角度指标尺的一端转动连接在圆形刻度盘的几何中心位置处，所述角度指 标尺的另一端伸出圆形刻度盘外沿，所述圆形刻度盘的顶面圆周上刻有角度刻度，所述角 度指标尺上刻有指标尺长度刻度，所述指标尺长度刻度的0刻度与圆形刻度盘的圆心相重 合，所述角度指标尺长度方向上的中心线上刻有角度指示线，所述角度指标尺上设置有镂 空的能够外露出角度刻度的读数窗，所述圆形刻度盘的底面上连接有两个在圆形刻度盘上 的位置能够微调的固定栓，两个所述固定栓沿圆形刻度盘的直径方向间隔设置，且两个所 述固定栓分别设置在圆形刻度盘圆心的两侧，所述全站仪的手柄上设置有两个分别用于插 装两个固定栓的连接孔，所述圆形刻度盘的几何中心位于全站仪的中心轴线上，所述角度 刻度的零刻度对准全站仪上望远镜的视准轴设置。
[0006] 上述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述圆形刻度盘的顶面上设置有相 互间隔均为Imm的多个用于表示长度刻度的圆形刻划，多个所述圆形刻划均以圆形刻度盘 的圆心为圆心，所述圆形刻度盘的顶面上沿指向所述角度刻度0°、90°、180°和270°的 半径刻有长度刻度数值。
[0007] 上述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述圆形刻度盘的几何中心位置处 设置有圆形通孔，所述角度指标尺的一端设置有用于转动连接到所述圆形通孔中的中心旋 钮。
[0008] 上述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述中心旋钮焊接在角度指标尺的 一端，所述中心旋钮的形状为圆柱形，所述中心旋钮的高度为2mm?4_，所述中心旋钮的 半径为Imm?3mm。
[0009] 上述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述圆形刻度盘的半径为55mm? 67mm，所述圆形刻度盘的厚度为2mm?6mm ;所述角度指标尺的长度为60?80mm，所述角度 指标尺的宽度为8mm?12_，所述角度指标尺的厚度为0. 2mm?0. 8_。
[0010] 上述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述圆形刻度盘的底面上位于圆形 刻度盘圆心的两侧设置有分别用于连接两个固定栓的两组螺纹孔，每组所述螺纹孔均由两 个螺纹孔构成，其中一组所述螺纹孔沿圆形刻度盘指向所述角度刻度90°的半径设置，另 一组所述螺纹孔沿圆形刻度盘指向所述角度刻度270°的半径设置，所述固定栓为由矩形 钢板和固定连接在矩形钢板底部几何中心位置处且用于插入所述连接孔中的圆柱形连接 杆组成的T字型结构，所述矩形钢板上位于圆柱形连接杆的两侧设置有位置分别与一组所 述螺纹孔中的两个螺纹孔相对应的两个矩形通孔，所述矩形通孔的长度大于所述螺纹孔的 直径，所述固定栓通过两个分别穿过两个矩形通孔且分别螺纹连接到两个所述螺纹孔中的 螺丝钉连接在圆形刻度盘上，所述螺丝钉的钉头直径大于矩形通孔的宽度。
[0011] 上述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述矩形钢板的长度为20mm? 32mm，所述矩形钢板的宽度为4mm?8mm，所述矩形钢板的厚度为Imm?5mm ;所述圆柱形连 接杆的高度为8mm?12mm，所述圆柱形连接杆的半径为2mm?4mm ;所述螺纹孔的直径为 Imm?I. 5mm，所述螺纹孔的深度为2mm?4mm ;所述矩形通孔的长度为5mm?7mm，所述矩 形通孔的宽度为2. 5mm?3. 5mm ;所述螺丝钉的钉头直径为3mm?5mm。
[0012] 上述的一种地下导线测量系统，其特征在于：两个所述固定栓对称设置在圆形刻 度盘圆心的两侧，相应两组所述螺纹孔对称设置在圆形刻度盘圆心的两侧，每组螺纹孔中 两个螺纹孔的中心距离圆形刻度盘圆心的距离分别为18mm?24mm和36mm?42mm。
[0013] 本发明还提供了一种能够有效地提高地下导线测量的效率和精度、在地下工程测 量中有着重要的现实意义的地下导线测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0014] 步骤一、外业数据采集，具体过程如下：
[0015] 步骤101、安装所述偏心测量盘：将两个固定栓分别插装到两个所述连接孔中，使 所述偏心测量盘安装在了全站仪的手柄上，并调整两个固定栓在圆形刻度盘上的位置，使 所述圆形刻度盘的几何中心位于全站仪的中心轴线上，使所述角度刻度的零刻度对准全站 仪上望远镜的视准轴；
[0016] 步骤102、进行地下导线测量，具体过程如下：
[0017] 步骤1021、在前视测站点位上、后视测站点位上和中间测站点位上均用鱼线悬挂 垂球，并使垂球自然下垂；
[0018] 步骤1022、在前视测站点位上架设前视棱镜，在后视测站点位上架设后视棱镜，并 在中间测站点位上架设全站仪；
[0019] 步骤1023、将全站仪在中间测站点位的下方进行粗对中和精平，使垂球位于所述 偏心测量盘的圆形刻度盘范围内；
[0020] 步骤1024、采用全站仪进行地下导线测量，得到导线实测夹角β、导线实测后视 边长L1和导线实测前视边长L 2 ;
[0021] 步骤1025、将全站仪对准所述后视棱镜后制动，待悬挂在中间测站点位上的垂球 稳定后，转动所述偏心测量盘的角度指标尺，使角度指标尺上的角度指示线与垂球的中心 线重合，读出角度指标尺上的角度指示线所指示的角度值λ和垂球底部顶点距离圆形刻 度盘圆心的距离e ;
[0022] 步骤二、内业数据处理，具体过程如下：
[0023] 步骤201、采用数据输入设备将步骤1024中得到的导线实测夹角β、导线实测后 视边长L1和导线实测前视边长L 2，以及步骤1025中得到的角度指标尺上的角度指示线所 指示的角度值λ和垂球底部顶点距离圆形刻度盘圆心的距离 e输入所述计算机中；
[0024] 步骤202、所述计算机根据公式
【权利要求】
1. 一种地下导线测量系统，其特征在于：包括用于进行外业数据采集的全站仪（10)和 偏心测量盘（11)，以及用于进行内业数据处理的计算机，所述偏心测量盘（11)安装在全站 仪（10)的手柄上；所述偏心测量盘（11)包括圆形刻度盘⑴和角度指标尺（2)，所述角度 指标尺（2)的一端转动连接在圆形刻度盘（1)的几何中心位置处，所述角度指标尺（2)的 另一端伸出圆形刻度盘（1)外沿，所述圆形刻度盘（1)的顶面圆周上刻有角度刻度（3)，所 述角度指标尺（2)上刻有指标尺长度刻度（4)，所述指标尺长度刻度（4)的0刻度与圆形刻 度盘（1)的圆心相重合，所述角度指标尺（2)长度方向上的中心线上刻有角度指示线（5)， 所述角度指标尺（2)上设置有镂空的能够外露出角度刻度（3)的读数窗（12)，所述圆形刻 度盘（1)的底面上连接有两个在圆形刻度盘（1)上的位置能够微调的固定栓￠)，两个所 述固定栓（6)沿圆形刻度盘（1)的直径方向间隔设置，且两个所述固定栓（6)分别设置在 圆形刻度盘（1)圆心的两侧，所述全站仪（10)的手柄上设置有两个分别用于插装两个固定 栓（6)的连接孔，所述圆形刻度盘（1)的几何中心位于全站仪（10)的中心轴线上，所述角 度刻度（3)的零刻度对准全站仪（10)上望远镜的视准轴设置。
2. 按照权利要求1所述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述圆形刻度盘（1) 的顶面上设置有相互间隔均为Imm的多个用于表示长度刻度的圆形刻划（7)，多个所述圆 形刻划（7)均以圆形刻度盘（1)的圆心为圆心，所述圆形刻度盘（1)的顶面上沿指向所述 角度刻度〇°、90°、180°和270°的半径刻有长度刻度数值。
3. 按照权利要求1所述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述圆形刻度盘（1) 的几何中心位置处设置有圆形通孔，所述角度指标尺（2)的一端设置有用于转动连接到所 述圆形通孔中的中心旋钮（8)。
4. 按照权利要求3所述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述中心旋钮（8)焊 接在角度指标尺（2)的一端，所述中心旋钮（8)的形状为圆柱形，所述中心旋钮（8)的高度 为2mm?4mm，所述中心旋钮（8)的半径为Imm?3mm。
5. 按照权利要求1所述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述圆形刻度盘（1) 的半径为55mm?67mm，所述圆形刻度盘⑴的厚度为2mm?6mm;所述角度指标尺⑵的 长度为60?80mm，所述角度指标尺（2)的宽度为8mm?12mm，所述角度指标尺（2)的厚度 为 0·2mm?0· 8mm。
6. 按照权利要求1所述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述圆形刻度盘（1) 的底面上位于圆形刻度盘（1)圆心的两侧设置有分别用于连接两个固定栓（6)的两组螺纹 孔，每组所述螺纹孔均由两个螺纹孔构成，其中一组所述螺纹孔沿圆形刻度盘（1)指向所 述角度刻度9(?的半径设置，另一组所述螺纹孔沿圆形刻度盘（1)指向所述角度刻度27(? 的半径设置，所述固定栓（6)为由矩形钢板￠-1)和固定连接在矩形钢板（6-1)底部几何 中心位置处且用于插入所述连接孔中的圆柱形连接杆（6-2)组成的T字型结构，所述矩形 钢板（6-1)上位于圆柱形连接杆￠-2)的两侧设置有位置分别与一组所述螺纹孔中的两个 螺纹孔相对应的两个矩形通孔￠-3)，所述矩形通孔￠-3)的长度大于所述螺纹孔的直径， 所述固定栓（6)通过两个分别穿过两个矩形通孔￠-3)且分别螺纹连接到两个所述螺纹孔 中的螺丝钉（9)连接在圆形刻度盘（1)上，所述螺丝钉（9)的钉头直径大于矩形通孔（6-3) 的宽度。
7. 按照权利要求6所述的一种地下导线测量系统，其特征在于：所述矩形钢板（6-1) 的长度为20mm?32mm，所述矩形钢板（6-1)的宽度为4mm?8mm，所述矩形钢板（6-1)的厚 度为Imm?5mm;所述圆柱形连接杆（6-2)的高度为8mm?12mm，所述圆柱形连接杆（6-2) 的半径为2mm?4mm;所述螺纹孔的直径为Imm?I. 5mm，所述螺纹孔的深度为2mm?4mm; 所述矩形通孔（6-3)的长度为5mm?7mm，所述矩形通孔（6-3)的宽度为2. 5mm?3. 5mm; 所述螺丝钉（9)的钉头直径为3mm?5mm。
8. 按照权利要求6所述的一种地下导线测量系统，其特征在于：两个所述固定栓（6) 对称设置在圆形刻度盘（1)圆心的两侧，相应两组所述螺纹孔对称设置在圆形刻度盘（1) 圆心的两侧，每组螺纹孔中两个螺纹孔的中心距离圆形刻度盘（1)圆心的距离分别为 18mm?24mm和 36mm?42mm。
9. 一种利用如按照权利要求1所述地下导线测量系统进行地下导线测量的方法，其特 征在于该方法包括以下步骤： 步骤一、外业数据采集，具体过程如下： 步骤101、安装所述偏心测量盘（11):将两个固定栓（6)分别插装到两个所述连接孔 中，使所述偏心测量盘（11)安装在了全站仪（10)的手柄上，并调整两个固定栓（6)在圆形 刻度盘（1)上的位置，使所述圆形刻度盘（1)的几何中心位于全站仪（10)的中心轴线上， 使所述角度刻度（3)的零刻度对准全站仪（10)上望远镜的视准轴； 步骤102、进行地下导线测量，具体过程如下： 步骤1021、在前视测站点位上、后视测站点位上和中间测站点位上均用鱼线悬挂垂球， 并使垂球自然下垂； 步骤1022、在前视测站点位上架设前视棱镜，在后视测站点位上架设后视棱镜，并在中 间测站点位上架设全站仪（10); 步骤1023、将全站仪（10)在中间测站点位的下方进行粗对中和精平，使垂球位于所述 偏心测量盘（11)的圆形刻度盘（1)范围内； 步骤1024、采用全站仪（10)进行地下导线测量，得到导线实测夹角β、导线实测后视 边长L1和导线实测前视边长L2 ; 步骤1025、将全站仪（10)对准所述后视棱镜后制动，待悬挂在中间测站点位上的垂球 稳定后，转动所述偏心测量盘（11)的角度指标尺（2)，使角度指标尺（2)上的角度指示线 (5)与垂球的中心线重合，读出角度指标尺（2)上的角度指示线（5)所指示的角度值λ和 垂球底部顶点距离圆形刻度盘（1)圆心的距离e; 步骤二、内业数据处理，具体过程如下： 步骤201、采用数据输入设备将步骤1024中得到的导线实测夹角β、导线实测后视边 长L1和导线实测前视边长L2，以及步骤1025中得到的角度指标尺（2)上的角度指示线（5) 所指示的角度值λ和垂球底部顶点距离圆形刻度盘（1)圆心的距离e输入所述计算机中； 步骤202、所述计算机根据公式'=^jLc+e2-2Lrc>-co^计算得到导线后视边长S1 并显示； 步骤203、所述计算机根据公式S2=^L21+e2~2L2-e-co^fi-A)计算得到导线前视边 长S2并显示； sin/· c 步骤204、首先，所述计算机根据公式" =arcsin^f'计算得到全站仪（10)相对于 后视的对中偏移角度a;接着，所述计算机根据公式C=arcsin',又。，计算得到全站仪 (10)相对于前视的对中偏移角度c;然后，所述计算机根据公式α=β+a+c计算得到导线 夹角α并显示。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤二中所述计算机还将其计算得到的 导线后视边长S1、导线前视边长S2和导线夹角α存储到文本文件中。
【文档编号】G01C15/00GK104316035SQ201410617253
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】汤伏全, 张健, 李阳 申请人:西安科技大学