本發(fā)明涉及井下勘測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種井下測點(diǎn)坐標(biāo)測量方法。

背景技術(shù)：

在礦山建設(shè)和采礦過程中，為礦山的規(guī)劃設(shè)計(jì)、勘探建設(shè)、生產(chǎn)和運(yùn)營管理以及礦山報(bào)廢等進(jìn)行的測繪工作，是礦山建設(shè)時(shí)期和生產(chǎn)時(shí)期的重要一環(huán)。由于礦山測量工作涉及地面和井下，不但要為礦山生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)，也要為安全生產(chǎn)提供信息，以供領(lǐng)導(dǎo)對安全生產(chǎn)做出決策。

目前礦山測量主要使用的儀器有全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀和陀螺儀等。其中以全站儀使用最廣泛。全站儀，是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測量設(shè)備，具有角度測量、距離(斜距、平距、高差)測量、三維坐標(biāo)測、導(dǎo)線測量和放樣測量等功能。

如，全站儀在井下進(jìn)行測量坐標(biāo)的方法過程為：1)架設(shè)儀器，對中、調(diào)平；2)輸入測站點(diǎn)的儀器高和坐標(biāo)，完成測站輸入；3)輸入后視點(diǎn)的棱鏡鏡高和坐標(biāo)，測量后視點(diǎn)，獲取初始方位；4)輸入前視點(diǎn)棱鏡鏡高，瞄準(zhǔn)測量得到目標(biāo)測點(diǎn)坐標(biāo)。

而全站儀這種專業(yè)的測繪儀器，往往需要經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)才能完成現(xiàn)場測量過程；全站儀不僅價(jià)格昂貴而且體型笨重，不方便攜帶，給測量人員在礦井中帶來搬運(yùn)困難；全站儀在測量之前需要設(shè)置棱鏡常數(shù)、大氣改正值或氣溫、氣壓值等參數(shù)，操作過程復(fù)雜；儀器高則是借助鋼尺等手動(dòng)測距工具測量，測量誤差較大。

針對上述的技術(shù)問題，在中國專利申請?zhí)枮?01510121265.1中，公開了基于旋轉(zhuǎn)扇面激光的懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿測量方法的發(fā)明專利，公開了一種利用基于旋轉(zhuǎn)扇面激光測角的空間點(diǎn)三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)，即將該系統(tǒng)的扇面激光發(fā)射端安裝在懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上，扇面激光接收端(包含3個(gè)不共線的扇面激光接收器)固定安裝在已經(jīng)由懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘出的煤巷后方，扇面激光接收器相對于空間大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)值由其他測量方式測得。由扇面激光發(fā)射端測得扇面激光接收器相對于發(fā)射端的坐標(biāo)值，再通過相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算出懸臂式掘進(jìn)機(jī)上固定三點(diǎn)(不共線)相對于空間大地坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)值。

上述專利，雖然解決了傳統(tǒng)采用人工測量所帶來了測量誤差大，操作復(fù)雜的問題，但是，其體積較為龐大，且當(dāng)掘進(jìn)機(jī)處于截割過程時(shí)，機(jī)身的強(qiáng)烈振動(dòng)和擺尾，可能使激光接收端無法接收到激光發(fā)射器發(fā)出的扇形激光，導(dǎo)致檢測失敗。因此亟需一種經(jīng)濟(jì)、便攜、操作簡單的井下測點(diǎn)坐標(biāo)測量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種攜帶方便、操作簡單、且測量精準(zhǔn)的井下測點(diǎn)坐標(biāo)測量方法，以解決現(xiàn)有井下坐標(biāo)測量過程中所存在的測量儀器操作復(fù)雜、便攜性較差且測量不準(zhǔn)確等問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種井下測點(diǎn)坐標(biāo)測量方法，其特征在于，其包括以下步驟：

s1.基于控制點(diǎn)與目標(biāo)測點(diǎn)之間的巷道分布情況，獲取測站個(gè)數(shù)和控制點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)；

s2.根據(jù)控制點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)，基于測站坐標(biāo)求解算法，獲取每一個(gè)測站的三維坐標(biāo)，以得到目標(biāo)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述步驟s2包括以下步驟：

s21.在距離兩個(gè)控制點(diǎn)最近的兩個(gè)測站處分別架設(shè)測距儀，分別測量獲取兩個(gè)測站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的距離和傾斜角；

s22.基于測站坐標(biāo)求解算法，獲取兩個(gè)測站坐標(biāo)；

s23.將獲取到的兩個(gè)測站坐標(biāo)作為新控制點(diǎn)，執(zhí)行s21，直到獲取目標(biāo)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述步驟s21包括：

在距離兩個(gè)控制點(diǎn)最近的兩個(gè)測站處分別架設(shè)測距儀，基于測站處的測距儀順時(shí)針觀察2個(gè)控制點(diǎn)，先觀察到的為控制點(diǎn)1，后觀察到的為控制點(diǎn)2，獲取其中一個(gè)測站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的距離為和測量獲取其中一個(gè)測站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的傾斜角為和測量獲取另一個(gè)測站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的距離分別為和測量獲取另一個(gè)測站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的傾斜角分別為和

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述測站坐標(biāo)求解算法包括以下步驟：

s221.將兩個(gè)控制點(diǎn)分別投影至距離其該控制點(diǎn)最近的測站所在水平面中，獲取投影點(diǎn)a和b；

s222.以投影點(diǎn)a為圓心，為半徑作圓；以b為圓心，為半徑作圓，則兩圓的交點(diǎn)(c和d)之一為測站1，獲取a點(diǎn)坐標(biāo)，b點(diǎn)坐標(biāo)；

s223.連接圓心a、b和c、d相交于e，分別過e、c作水平線和豎直線相交于f，基于直線斜率和勾股定理，獲取交點(diǎn)c、d坐標(biāo)；

s224.基于向量的積計(jì)算，確定交點(diǎn)c或交點(diǎn)d為測站1，以獲得測站坐標(biāo)。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，步驟s22還包括獲取兩個(gè)測站坐標(biāo)后，在用于固定測距儀的三腳架上豎直各安裝1個(gè)靶標(biāo)，用以代替測站的空間位置。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述測距儀為激光測距儀。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述測距儀為紅外探測儀。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述測距儀為超聲波測距儀。

本申請?zhí)岢鲆环N井下測點(diǎn)坐標(biāo)測量方法，其具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1)采用激光測距儀進(jìn)行測量，由于激光測距儀外觀迷你，質(zhì)輕便攜，大大減輕井下測量人員的搬運(yùn)負(fù)重；

2)使用時(shí)，只用在工業(yè)平板上輸入2個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)，便可通過逆向反推獲取目標(biāo)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測量方便準(zhǔn)確；

3)整個(gè)測量過程中，無需人工測繪，故對測量人員的專業(yè)水平無顯示，降低對測量人員的技能要求；

4)測量完畢，測量現(xiàn)場就可直接結(jié)算并讀取目標(biāo)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測量精確迅速；

5)具有極大的推廣價(jià)值，本發(fā)明可以代替全站儀測量井下測點(diǎn)坐標(biāo)，操作簡單，極易上手。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種井下測點(diǎn)坐標(biāo)測量方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明的圖1中步驟s2的詳細(xì)流程圖；

圖3為本發(fā)明的一種井下測點(diǎn)坐標(biāo)測量方法的過程圖；

圖4為本發(fā)明的測站坐標(biāo)解算水平投影示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

請參閱圖1所示，本發(fā)明提供了一種井下測點(diǎn)坐標(biāo)測量方法，其包括以下步驟：

s1.通過井下現(xiàn)場踏勘，選擇距離目標(biāo)測點(diǎn)最近的2個(gè)控制點(diǎn)，并獲取出兩個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)，然后統(tǒng)計(jì)出控制點(diǎn)與目標(biāo)測點(diǎn)之間的巷道拐角個(gè)數(shù)為n，在每個(gè)拐角處布設(shè)兩個(gè)測站，則測站個(gè)數(shù)為2n；

s2.根據(jù)控制點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)，用測距儀測量獲取每個(gè)測站到2個(gè)已知控制點(diǎn)的距離和傾斜角，通過測站坐標(biāo)求解算法，反向推導(dǎo)獲取每一個(gè)測站的三維坐標(biāo)，以得到目標(biāo)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

為了進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，請繼續(xù)參閱圖2所示，本發(fā)明的步驟s2包括以下步驟：

s21.在距離兩個(gè)控制點(diǎn)最近的兩個(gè)測站處分別架設(shè)測距儀，分別測量獲取兩個(gè)測站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的距離和傾斜角；

s22.基于測站坐標(biāo)求解算法，獲取兩個(gè)測站坐標(biāo)；

s23.將獲取到的兩個(gè)測站坐標(biāo)作為新控制點(diǎn)，執(zhí)行s21，直到獲取目標(biāo)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

為了詳細(xì)說明本發(fā)明的獲取測站三維坐標(biāo)的過程，以下將以控制點(diǎn)1和控制點(diǎn)2計(jì)算獲取測站1的三維坐標(biāo)作為示例說明。具體請參閱圖2、圖3和圖4所示。

設(shè)定控制點(diǎn)1坐標(biāo)為(x1,y1,z1)和控制點(diǎn)2坐標(biāo)為(x2,y2,z2)。在距離兩個(gè)控制點(diǎn)最近的兩個(gè)測站(測站1和測站2)處分別架設(shè)測距儀，基于測站1和測站2處的測距儀順時(shí)針觀察2個(gè)控制點(diǎn)，先觀察到的為控制點(diǎn)1，后觀察到的為控制點(diǎn)2，用測距儀獲取測站1與控制點(diǎn)1之間的空間距離為和傾斜角為用測距儀獲取測站1與控制點(diǎn)2之間的空間距離為和傾斜角為用測距儀獲取測站2與控制點(diǎn)1之間的空間距離為和傾斜角為用測距儀獲取測站2與控制點(diǎn)2之間的空間距離為和傾斜角為

第一步，將控制點(diǎn)1和控制點(diǎn)2分別投影至距離其該控制點(diǎn)最近的測站1所在水平面中，獲取投影點(diǎn)a和b；

第二步，以投影點(diǎn)a為圓心，以為半徑作圓；以b為圓心，為半徑作圓，則兩圓的交點(diǎn)(c和d)之一為測站1，獲取a點(diǎn)坐標(biāo)b點(diǎn)坐標(biāo)為

第三步，連接圓心a、b和交點(diǎn)c、d相交于e，分別過e、c作水平線和豎直線相交于f，則ab的斜率kab＝(y1-y2)/(x1-x2)，cd的斜率kcd＝-1/kab。

在直角三角形ace中，ce²＝r1²-ae²；在直角三角形bce中，根據(jù)勾股定理，ce²＝r2²-be²＝r2²-(ab-ae)²＝r2²-ab²+2ab*ae-ae²，則

根據(jù)直線ab的斜率，基于a點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得直線ab的上e點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)為xe＝x1-(x1-x2)ae/ab,ye＝y(tǒng)1-(y1-y2)ae/ab。

根據(jù)勾股定理，在三角形ace和三角形cef中，獲得ce的距離平方如下：

ce²＝ac²-ae²＝r1²-(x1-xe)²-(y1-ye)²＝ef²+cf²＝ef²+(ef*kcd)²；

由上述公式獲得故交點(diǎn)c、d的坐標(biāo)分別為：xc＝xe+ef，yc＝y(tǒng)e+cf，xd＝xe-ef，yd＝y(tǒng)e-cf，zc＝zd＝za＝zb。

由于計(jì)算出c、d兩個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)，為了篩選確定具體是交點(diǎn)c還是交點(diǎn)d為本發(fā)明的測站1，本發(fā)明采用向量的積計(jì)算，進(jìn)行篩選。

按照先控制點(diǎn)1后控制點(diǎn)2計(jì)算和的正負(fù)性，若為負(fù)值，則c點(diǎn)為測站1，若為負(fù)值，則d點(diǎn)為測站1。

以上為測站1的坐標(biāo)推算過程，當(dāng)需要獲取測站2的三維坐標(biāo)時(shí)，僅需要在第一步時(shí)，將控制點(diǎn)1和控制點(diǎn)2分別投影至距離其該控制點(diǎn)最近的測站2所在水平面中，獲取投影點(diǎn)；帶入上述第二步至第三步，以解算獲得測站2的三維坐標(biāo)。

當(dāng)計(jì)算獲得了測站1和測站2的三維坐標(biāo)后，將其作為新的控制點(diǎn)，計(jì)算距離該新的控制點(diǎn)最近的兩個(gè)測站的三維坐標(biāo)，如此反復(fù)后，直至獲得目標(biāo)測點(diǎn)。

進(jìn)一步的，為了詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將以獲取測站2n和測站2n-1的三維坐標(biāo)為實(shí)例進(jìn)行說明，請繼續(xù)參閱圖3所示。當(dāng)在測站2n-1(2≤n≤n)處用三腳架水平架設(shè)激光測距儀，順時(shí)針觀察測點(diǎn)2n-3和測點(diǎn)2n-2作為測量的先后順序。假設(shè)先測點(diǎn)2n-3后測點(diǎn)2n-2為順時(shí)針，激光測距儀先瞄準(zhǔn)測量測點(diǎn)2n-3獲取空間距離和傾斜角后瞄準(zhǔn)測量測點(diǎn)2n-2獲取和在測站2n(2≤n＜n)處用三腳架水平架設(shè)激光測距儀，激光測距儀先瞄準(zhǔn)測量測點(diǎn)2n-3獲取空間距離和傾斜角后瞄準(zhǔn)測量測點(diǎn)2n-2獲取和由于測點(diǎn)2n-3和測點(diǎn)2n-2的三維坐標(biāo)為已知參數(shù)，故根據(jù)測點(diǎn)2n-3(x2n-3,y2n-3,z2n-3)和測點(diǎn)2n-2(x2n-2,y2n-2,z2n-2)，解算出測站2n-1和測站2n的坐標(biāo)分別為(x2n-1,y2n-1,z2n-1)和(x2n,y2n,z2n)(2≤n≤n)。

在每獲取兩個(gè)測站坐標(biāo)后，可在用于固定測距儀的三腳架上豎直各安裝1個(gè)靶標(biāo)，用以代替測站的空間位置。使用時(shí)，該三腳架的位置保持不變，由于三腳架上有水平氣泡，可通過微調(diào)旋鈕，保證三腳架氣泡水平，使用靶標(biāo)的中心高度與測距儀中心高度一致，以保證靶標(biāo)中心為測站的空間位置。

以下將具體說明本發(fā)明根據(jù)測站2n-1和測站2n獲取目標(biāo)測點(diǎn)t的過程，請參閱圖3所示。

判斷第n個(gè)巷道拐角的測站2n-1(x2n-1,y2n-1,z2n-1)、測站2n(x2n,y2n,z2n)和目標(biāo)測點(diǎn)t的順時(shí)針關(guān)系，若測站2n-1、測站2n和目標(biāo)測點(diǎn)t為順時(shí)針順序。

在測站2n-1處用激光測距儀瞄準(zhǔn)目標(biāo)測點(diǎn)t，獲取空間距離和傾斜角相當(dāng)于從目標(biāo)測點(diǎn)t瞄準(zhǔn)測站2n-1，獲取空間距離和傾斜角那么在測站2n處用激光測距儀瞄準(zhǔn)目標(biāo)測點(diǎn)t，獲取空間距離和傾斜角相當(dāng)于從目標(biāo)測點(diǎn)t瞄準(zhǔn)測站2n，獲取空間距離和傾斜角那么將相應(yīng)參數(shù)代入計(jì)算過程，解算得到目標(biāo)測點(diǎn)t的空間坐標(biāo)(xt,yt,zt)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明使用的測距儀為激光測距儀，其該激光測距型號(hào)為leicas910，該激光測距儀的測距量程為300m，距離精度達(dá)到1mm，角度精度0.1°，測量數(shù)據(jù)可通過藍(lán)牙或無線傳輸。

優(yōu)選的，該測距儀還可以是紅外探測儀或超聲波測距儀。

本申請?zhí)岢鲆环N井下測點(diǎn)坐標(biāo)測量方法，其具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1)采用激光測距儀進(jìn)行測量，由于激光測距儀外觀迷你，質(zhì)輕便攜，大大減輕井下測量人員的搬運(yùn)負(fù)重；

2)使用時(shí)，只用在工業(yè)平板上輸入2個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo)，便可通過逆向反推獲取目標(biāo)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測量方便準(zhǔn)確；

3)整個(gè)測量過程中，無需人工測繪，故對測量人員的專業(yè)水平無要求，降低對測量人員的技能要求；

4)測量完畢，測量現(xiàn)場就可直接解算并讀取目標(biāo)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測量精確迅速；

5)具有極大的推廣價(jià)值，本發(fā)明可以代替全站儀測量井下測點(diǎn)坐標(biāo)，操作簡單，極易上手。

最后，本申請的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。