4联系测量几何定向解析.pptx

2024/4/10 周三第三章第三章 联系测量联系测量(1)(1)3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 一井定向（一井定向（重点重点）3.3 3.3 两井定向两井定向3.4 3.4 联系测量的精度分析联系测量的精度分析 （一井定向为例）（一井定向为例）3.5 3.5 双联系三角形（补充）双联系三角形（补充）第三章第三章第三章第三章 联系测量联系测量联系测量联系测量第第第第三三三三章章章章 联联联联系系系系测测测测量量量量地下工程测量地下工程测量地下工程测量地下工程测量 联系测量联系测量 在地下工程中，通过斜井、立井将地面的平面坐标系统和在地下工程中，通过斜井、立井将地面的平面坐标系统和在地下工程中，通过斜井、立井将地面的平面坐标系统和在地下工程中，通过斜井、立井将地面的平面坐标系统和高程系统传递到井下，使地面和地下建立统一的坐标系统。高程系统传递到井下，使地面和地下建立统一的坐标系统。高程系统传递到井下，使地面和地下建立统一的坐标系统。高程系统传递到井下，使地面和地下建立统一的坐标系统。该工作称为联系测量该工作称为联系测量该工作称为联系测量该工作称为联系测量3.1 概述概述第三章第三章第三章第三章 联系测量联系测量联系测量联系测量第第第第三三三三章章章章 联联联联系系系系测测测测量量量量地下工程测量地下工程测量地下工程测量地下工程测量 联系测量的任务？联系测量的任务？（1 1）确定地下导线测量）确定地下导线测量）确定地下导线测量）确定地下导线测量起算边的坐标方位角起算边的坐标方位角起算边的坐标方位角起算边的坐标方位角（2 2）确定地下导线测量）确定地下导线测量）确定地下导线测量）确定地下导线测量起算点的平面坐标起算点的平面坐标起算点的平面坐标起算点的平面坐标（3 3）确定地下）确定地下）确定地下）确定地下高程测量起算点高程高程测量起算点高程高程测量起算点高程高程测量起算点高程平面平面平面平面联系联系联系联系测量测量测量测量（定向）（定向）（定向）（定向）高程联系测量（导入标高）高程联系测量（导入标高）地下工程测量地下工程测量地下工程测量地下工程测量 定向的种类？定向的种类？定定向向一一 几何定向几何定向二二 物理定向物理定向通过平峒和斜井定向通过平峒和斜井定向（简单）（简单）通过一个竖井定向通过一个竖井定向通过两个竖井定向通过两个竖井定向用磁性仪器定向用磁性仪器定向（精度低）（精度低）用投向仪定向用投向仪定向（精度低）（精度低）用陀螺经纬仪定向用陀螺经纬仪定向第三章第三章第三章第三章 联系测量联系测量联系测量联系测量第第第第三三三三章章章章 联联联联系系系系测测测测量量量量3.1 概述概述第第第第三三三三章章章章 联联联联系系系系测测测测量量量量原理原理原理原理：在竖井井筒中悬挂两根钢丝垂球线在地面上利用地：在竖井井筒中悬挂两根钢丝垂球线在地面上利用地：在竖井井筒中悬挂两根钢丝垂球线在地面上利用地：在竖井井筒中悬挂两根钢丝垂球线在地面上利用地面控制点测定两垂球线的平面坐标及其联线方位角，在井面控制点测定两垂球线的平面坐标及其联线方位角，在井面控制点测定两垂球线的平面坐标及其联线方位角，在井面控制点测定两垂球线的平面坐标及其联线方位角，在井下使用全站仪测角量边把垂球线与井下起始控制点连接起下使用全站仪测角量边把垂球线与井下起始控制点连接起下使用全站仪测角量边把垂球线与井下起始控制点连接起下使用全站仪测角量边把垂球线与井下起始控制点连接起来，通过计算确定井下起始控制点的坐标和方位角。来，通过计算确定井下起始控制点的坐标和方位角。来，通过计算确定井下起始控制点的坐标和方位角。来，通过计算确定井下起始控制点的坐标和方位角。3.2 一井定向一井定向第三章第三章第三章第三章 联系测量联系测量联系测量联系测量一井定向内容一井定向内容一、投点一、投点（重点）（重点）二、连接二、连接（重点（重点+难点）难点）三、工作组织三、工作组织投点误差与投向误差投点误差与投向误差 由地面向定向水平上投点时，由于井筒内气流、滴水等影响，由地面向定向水平上投点时，由于井筒内气流、滴水等影响，致使井下垂球线偏离地面上的位置，该线量偏差致使井下垂球线偏离地面上的位置，该线量偏差e称为投点误称为投点误差，由此而引起的垂球线连线的方向误差差，由此而引起的垂球线连线的方向误差叫做投向误差。其叫做投向误差。其中误差为：中误差为：投点误差与投向误差投点误差与投向误差 当两钢丝间距当两钢丝间距c=3m、e=1mm时，时，=68.8。可见，投点误。可见，投点误差对定向精度的影响是非常大的。差对定向精度的影响是非常大的。减少投点误差的主要措施：减少投点误差的主要措施：尽管增加两垂球线间的距离，并选择合理的垂球线位置。例尽管增加两垂球线间的距离，并选择合理的垂球线位置。例如使两垂球线连线方向尽量与气流方向一致。这样尽管沿气流如使两垂球线连线方向尽量与气流方向一致。这样尽管沿气流方向的垂球线偏斜可能较大，但垂直于两垂球线连线方向上的方向的垂球线偏斜可能较大，但垂直于两垂球线连线方向上的倾斜却不大，因而可以减少投向误差。倾斜却不大，因而可以减少投向误差。尽量减少马头门处气流对垂球线的影响。定向时最好停止风尽量减少马头门处气流对垂球线的影响。定向时最好停止风机运转，以减少风速。机运转，以减少风速。采用小直径、高强度的钢丝，适量加大垂球重量，并将垂球采用小直径、高强度的钢丝，适量加大垂球重量，并将垂球浸入稳定液中。浸入稳定液中。减少滴水对垂球线及垂球的影响，在淋水大的井筒，必须采减少滴水对垂球线及垂球的影响，在淋水大的井筒，必须采用挡水措施，并在大水桶上加挡水盖。用挡水措施，并在大水桶上加挡水盖。2 2、钢丝的下放和自由悬挂的检查、钢丝的下放和自由悬挂的检查 测量前，应该用坚固的木板将井口盖上，板上留有孔隙，让钢测量前，应该用坚固的木板将井口盖上，板上留有孔隙，让钢丝通过。在下放之前必须通知定向水平的人员离开井筒。钢丝通过丝通过。在下放之前必须通知定向水平的人员离开井筒。钢丝通过滑轮井挂上小垂球后，慢慢放入井筒内。为了检查钢丝是否弯曲和滑轮井挂上小垂球后，慢慢放入井筒内。为了检查钢丝是否弯曲和减少钢丝的摆动，钢丝应通过提成拳状的手均匀缓慢下放，每下放减少钢丝的摆动，钢丝应通过提成拳状的手均匀缓慢下放，每下放50 m50 m左右，稍停一下，使垂球摆动稳定下来。当收到垂球到达定向左右，稍停一下，使垂球摆动稳定下来。当收到垂球到达定向水平的信号后，即停止下放并闸住绞车，将钢丝卡入定点板内。在水平的信号后，即停止下放并闸住绞车，将钢丝卡入定点板内。在定向水平上，取下小垂球，挂上定向垂球。定向水平上，取下小垂球，挂上定向垂球。垂球线在井筒中的自由悬挂检查常采用垂球线在井筒中的自由悬挂检查常采用信号圈法信号圈法和和比距法比距法同时同时进行。信号圈法是在地面上用铁丝做成直径为进行。信号圈法是在地面上用铁丝做成直径为2 23cm3cm的小圈的小圈(信号信号圈圈)套在钢丝上，然后下放，看是否能到达定向水平。使用此法时套在钢丝上，然后下放，看是否能到达定向水平。使用此法时应注意信号圈不能太重及钢丝摆动，以免信号圈乘隙通过接触处。应注意信号圈不能太重及钢丝摆动，以免信号圈乘隙通过接触处。比距法就是用比较井上下两垂球线间距离的方法进行检查。若比距法就是用比较井上下两垂球线间距离的方法进行检查。若井上井上下所量得的两垂球线间距离之差不大于下所量得的两垂球线间距离之差不大于2mm2mm时，便认为是自由悬挂时，便认为是自由悬挂的。的。二二 连接测量连接测量连接测量时，常采用连接测量时，常采用连接三角形法。连接三角形法。C C与与CC称为井上下的连接称为井上下的连接点，点，A A、B B点为两垂球点为两垂球线点线点,从而在井上下形从而在井上下形成了以成了以ABAB为公用边的为公用边的三角形三角形ABCABC和和ABCABC。二二 连接测量连接测量在选择井上下连接点在选择井上下连接点C C和和CC时应满足下列要求：时应满足下列要求：CDCD和和CDCD的长度应尽量大于的长度应尽量大于20 m20 m；应使应使C C和和CC点处的锐角点处的锐角及及小于小于22，构成最有利，构成最有利的延伸三角形；的延伸三角形；点点C C和和CC应适当地靠近最近的垂球线，使应适当地靠近最近的垂球线，使a/ca/c和和b/cb/c之值尽量小一些。之值尽量小一些。内业计算内业计算 1 1、首先应对两垂球线间距进行检查。设、首先应对两垂球线间距进行检查。设C C丈为两垂线间距丈为两垂线间距离的实际丈量值，离的实际丈量值，C C计为其计算值，则：计为其计算值，则：如在地面连接三角形中如在地面连接三角形中d d2mm2mm、井下连接三角形中、井下连接三角形中d d4mm4mm，可在丈量的边长中分别加人下列改正数，以消除其差，可在丈量的边长中分别加人下列改正数，以消除其差值。值。上式是针对地面连接三角形而言，对于图上式是针对地面连接三角形而言，对于图3-53-5所示的所示的井下连接三角形，其井下各边长改正数应为：井下连接三角形，其井下各边长改正数应为：、角应满足下列条件：角应满足下列条件：+r=180+r=180。因计算因计算、角时数值凑整误差的影响，上述条件可能出现会不满足。角时数值凑整误差的影响，上述条件可能出现会不满足。若存有微小的残差时，则可将其平均分配给若存有微小的残差时，则可将其平均分配给和和。2 2、解算连接三角形各未知要素、解算连接三角形各未知要素3 3、在对各边长和角度加入上述改正后，可依照、在对各边长和角度加入上述改正后，可依照DCABCDDCABCD顺序构成支导线，按一般导线顺序构成支导线，按一般导线计算方法计算即可。计算方法计算即可。3.3 3.3 两井定向两井定向原理原理：就是在两井筒中各挂一根垂球线，在地面上测定两垂球线的坐标，并计算其连线的坐标方位角。然后在井下巷道中，用全站仪导线将两垂球线进行连测，取一假定坐标系统来确定井下两垂球线连线的假定方位角，然后将其与地面上确定的坐标方位角相比较，其差值便是井下假定坐标系统和地面坐标系统的方位差，这样便可确定井下导线在地面坐标系统中的坐标方位角。第三章第三章第三章第三章 联系测量联系测量联系测量联系测量内业计算内业计算 1、首先由地面测量结果求出两垂球线的坐标，并计算出A、B连线的坐标方位角和长度。2、地下定向水平的导线为无定向导线，为解算出地下各点的坐标。可假设A为假定坐标系的原点，A1边为假定纵轴x轴方向。由此可计算出地下各点在假定坐标系中的坐标，并求出A、B连线在假定坐标系中的坐标方位角及长度。式中H为竖井深度；R为地球的平均曲率半径。c应小于地面和地下连接测量中误差的两倍 3、根据上式算出地下起始边在地面坐标系中的坐标方位角，依此可重新计算出地下各边的坐标方位角和各点的坐标由于测量误差的影响，地下求出的B点坐标与地面测出的B点坐标存有差值。如果其相对闭合差符合测量所要求的精度时，可进行分配。因地面连接导线精度较高，可将坐标增量闭合差按边长或坐标增量成比例反号分配给地下导线各坐标增量上。最后计算出地下各点的坐标。3.4 3.4 联系测量的精度分析联系测量的精度分析 （一井定向为例）（一井定向为例）第三章第三章第三章第三章 联系测量联系测量联系测量联系测量根据规程要求，一井两次独立定向所算得的井下定向边的方位角之差，不应超过2，则一次定向的允许误差是 若采用两倍中误差作为允许误差，则一次定向的中误差为 此误差由以下三部分组成：（1）井上的连接误差（2）投向误差（3井下的连接误差 一般情况下，一井定向的投向误差和连接误差大致相等 若井上与井下的连接误差相等时 一、投向误差分析一、投向误差分析 如图：假设投点时候，B点没有误差，A点有投点误差，则投向误差为：投点线量误差的方向可能偏向任何一方，类似以前所学觇标对中误差对测角的影响公式推导方法（参考8-30式）可得 同理，若A点没有误差，B点有投点误差，则投向误差为：一般两根垂球线的投点条件相同，即认为则总的投向误差为 二、连接误差分析二、连接误差分析由上图，井下导线起始边的方位角为：AD则 上式分为井上和井下连接误差及投向误差三部分，下面分别讨论：1.1.连接三角形中垂球线处角度的误差及三角形最有利的形状连接三角形中垂球线处角度的误差及三角形最有利的形状同理，对角同样可得：上式中，当：上式中，当：则有：则有：或当：或当：结论：结论：（1）连接三角形最有利的形状为锐角不大于2o的延伸三角形。（2）计算角a和的误差随测量角r的误差（测角方法误差）增大而增大，随比值a/c的减小而减小。故在连接测量时，应使连接点C和C尽可能靠近最近的垂球线，并精确地测量角度r。规程规定a/b（或b/c）的值一般应不超过1.5。（3）两垂球线间的距离c越大，则计算角的误差越小。（4）在延伸三角形时，量边误差对定向精度的影响较小。2.2.连接角的误差对连接精度的影响连接角的误差对连接精度的影响 连接点连接点C C点误差主要由点误差主要由C C点对中线量偏差引起的误差点对中线量偏差引起的误差、D D点点觇标对中误差引起的误差觇标对中误差引起的误差和和C C点测角方法误差点测角方法误差三部分组成。三部分组成。当全站仪无对中误差时：当全站仪有对中误差时：由此而引起的AB方位角误差为：由图可知：因此：由此可见由此可见：C点对中线量偏差引起的误差相当于由C点的觇标对中误差所引起D点的测角误差。此外，考虑D点觇标对中误差引起的误差因此，在C点测连接角对连接三角形精度的总影响为：总影响为：由此可知，欲减少测量连接角的误差影响，主要应使连接边d尽可能长些，并提高仪器及觇标的对中精度。规程要求d尽量大于20m。上述公式对估算井下连接测量角误差同样适用。三、连接三角形进行一井定向总误差公式总结三、连接三角形进行一井定向总误差公式总结其中：