试述矿山矿山测量设备改善综述

论文导读：
摘要：目前在金属矿山和非金属矿山中的一些工程施工中，常常用悬挂式指针罗盘仪指导工程施工，虽然它有许多优点，如单人作业、体积小、质量轻，但是它也存在着施工时误差太大的问题和为了提高精度需要较长的时间测量。为了提高精度和效率可以对矿用悬挂式罗盘做出一些改进。
关键词：矿山测量 激光测距 电子罗盘 激光投线
1 背景技术
目前在金属矿山和非金属矿山中的一些工程施工中，常常用悬挂式指针罗盘仪指导工程施工，虽然罗盘的精度不如全站仪经纬仪的精度高，但是在相对独立的小工程施工中和工程刚刚开始的时候已经满足需求，这给工程的施工带来了很大的方便，这样使工程技术人员就没有必要整天背着沉重的全站仪或者经纬仪下井施工，不仅减轻了技术人员的劳动强度，在满足了精度要求的情况下，也大大的提高了工作效率。
正是因为以上所述的优点，用罗盘指导工程施工是比较普及的。但是用罗盘施工的时候也有许多的不方便，具体体现以下几点。
①在悬挂式罗盘使用过程中如果罗盘不够水平，会影响指针的所指度数，造成错误的数据，给施工放样和井下测量工作带来错误。
②在用罗盘的过程中，极易读错数值，如本来罗盘度数是267度，有可能看成273度，有甚者读成87度，在实际的生产过程中此类事件时有发生。
③在用罗盘给方向线的时候，我们是用细线绳把罗盘悬挂起来，左右挪动线绳来放样出设计的角度值，然后再用手电把线绳投影到顶板上，用油漆画出方向线。因为人工用手电投影这时候画出的方向线可能偏差很大。
④当我们使用悬挂式罗盘时，就是我们读数正源于：大学毕业论文www.7ctime.com
确的情况下，也存在着人为误差，因为用指针读数每个人读出的数值也不完全相同。如一个数值有的人读3.6度，有的人可能读3.4度。罗盘的系统误差加上人为的读数误差使我们工程施工的精度再次降低。
2 技术创新
以上问题如果不加以细心防范很容易给工程施工带来很大的错误。为了给我们施工带来更大的方便，我们要做到既保留现有罗盘的优点，又对现有的缺点加以消除，故设计一个新型的测量设备，暂命名为全能仪。全能仪主要由以下几个主要系统组成。

2.1 三维电子罗盘系统

三维电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，双轴倾角传感器来测量俯仰和侧倾角。当仪器发生倾斜时，方位值的准确性将要受到很大的影响，该误差的大小取决于仪器所处的位置和倾斜角的大小。为减少该误差的影响，采用双轴倾角传感器来测量俯仰和侧倾角，这个俯仰角被定义为由前向后方向的角度变化；而侧倾角则为由左到右方向的角度变化。电子罗盘将俯仰和侧倾角的数据经过转换计算，将磁力仪在三个轴向上的矢量在原来的位置“拉”回到水平的位置，提高了测量方位的精度。
电子罗盘技术现在比较成熟。在现实生活中应用比较广泛，除了有专门的电子罗盘设备，电子罗盘技术也经常的应用到手持GPS、智能手机中，因此把该技术移植到“全能仪”设备中是不难的。
三维电子罗盘具有以下特点：
①三维电子罗盘在其内部加入了倾斜角补偿传感器，当罗盘倾斜时进行倾斜改正，这样即使不水平罗盘显示出来的值也是正确的。
②具有指向零点修正功能，可以通过校准去掉当地的磁偏角，读出来的数值就是当地的真是方位角。
③液晶屏幕数字显示方位角数值。

2.2 激光测距系统

激光测距的原理是根据从发出的激光遇到目标后至返回来的时间来测出距离的。手机测距仪、全站仪测距就是这个原理（有的全站仪用脉冲式测距，有的用光栅式测距）。
它的优点是：
①测距精度高，精度可达

1.5毫米。

②单人作业即可。
③可以测出人员不能进入的危险区的距离。

2.3 激光投线系统

激光投线技术比较成熟，施工中也经常用到。如房屋装修中经常用到的激光投线仪，它是利用激光束通过柱透镜或玻璃棒形成扇形激光面，投射形成水平或铅垂激光线。
目前许多投线仪投出的线条在5米内线宽不超过2毫米，大大提高了投线的精度。把该技术应用到井下工程施工中，使投出的激光线方向就是仪器所指的方向，会给工程施工带来极大的方便同时也极大的提高了精度。
井下施工时直接把激光线投射到顶板上，方便用油漆画出来，或者直接在顶板投线的线条上打上眼用木桩定出方向线。代替了目前用手电把线绳投影到顶板，这样做不仅仅提高了精度而且也提高了作业效率。

2.4 液晶显示屏系统

在用该仪器工作时，方位角以及用激光测出的距离都显示在屏幕上。这样极大的避免了我们读错数值，同时也消除了我们人为的读数误差。
图1是目前我们使用的罗盘。结构如图1所示。
对图1中的主机部分改进后的内部结构示意图如下（图2）所示。
■
图2 改进后的结构示意图
注释：1：电源开关；2：激光测距控制开关；3：激光投线开关；4：液晶显示屏；5：电子罗盘装置；6：激光投线装置；7：激光测距头；8：激光测距装置；9操作控制面板；10：可重复充电电池；11：激光投线发射孔。
3 使用说明

3.1 用挂钩挂在线绳上：在重力的作用下，使主机的上层表面与水平面大体相平行。

3.2 按1键电源键：这时可以从液晶屏幕上读出前进方向的方位角度数值。

3.3 当要测距离时候，可以按下2测距键，可以测出距离，并显示在液晶显示屏上。

3.4 当要放样时，通过移动线绳使液晶显示屏上的角度值是要放样的角度时，按3激光开关键，打开激光，这时激光投射到顶板上，此时可以指导工程前进方向。再次按3键，激光关掉。
4 总结
为了矿山工程施工有更高精度更高效率，对现行的测量设备、测量技术做出新的方案探索。根据目前激光技术、电子罗盘技术的成熟程度，相信一定能够在测量设备上提高矿山工程施工的精度和施工的效率。
参考文献：
李德仁，袁修孝著.误差处理与可靠性理论[M].武汉大学出版社，2002.
张国良主编.矿山测量学[M].中国矿业大学出版社.2006.
[3]汪云甲，郭达志.我国矿山测量学科的发展与创新[J].测绘通报.2005（02）.