相似材料模拟试验经纬仪观测方法分析.doc

测绘信息网相似材料模拟试验经纬仪观测方法分析康建荣王金庄胡海峰摘要本文提出了应用经纬仪进行相似材料模拟试验的位移观测方法，并对这种方法的观测原理、方法及精度作了分析，经分析经纬仪观测法的精度与灯光透镜法、小钢尺法等方法的精度相近，且具有布设测点灵活、量程不受限制、设置测点的工艺操作简单等特点，因而这种方法可作为一种行之有效的位移观测方法。测绘信息网http:/www.othermap.co关键词相似材料模拟经纬仪观测方法引言测绘信息网http:/www.othermap.co岩层移动相似材料模拟方法是根据相似原理将矿山岩层以一定比例缩小，用相似材料作成模型，然后在模型上模拟煤层开采，观测模型上岩层的移动和破坏情况，根据模型上出现的情况，分析推测岩层实际发生的破坏和移动情况。相似材料模拟试验的位移观测方法，一般有水准小钢尺法测垂直位移，灯光透镜投影法测水平和垂直位移等方法。本文在相似模拟试验实践的基础上提出采用经纬仪进行位移观测的方法，并对观测精度作了分析。1观测原理测绘信息网http:/www.othermap.co设模型观测如图1所示，点1、2、3、4在模型架的左右两侧的固定架上，这些点不受开采影响，相当于固定点。在A点安置经纬仪对点1、2、3、4全部观测水平方向角和垂直角，观测时采用正倒镜法，并精密测量出1、2、3、4点之间的距离，其方法是在12（14、23、34）边上拉一钢尺，用经纬仪的横丝（或竖丝）瞄准点1（或2、3、4），然后进行水平微调读取钢尺读数，以同样的方法读取2点的读数，1、2点的读数差即为12边的长度，用同样的方法量测其它各测绘信息网http:/www.othermap.co图1模型观测示意图边，这些数据作为观测任意点的起算数据。设A1、A2和A3、A4的水平投影距离分别为L1和L2，L1和L2的水平夹角为。任意点B到A点的水平投影距离为L，L与L1的水平夹角1，与L2的水平夹角为2，距12边的水平投影距离为lx，距点1的垂直距离为hx。如图2（a）所示，若1、2点观测的垂直角分别为1和2，1、2点之间的垂直高度为Ho，则有：H1=L1*tg1H2=L1*tg2（1）Ho=H1-H2=L1(tg1-tg2)(2)图2计算原理图(3)同理，若3、4点观测的垂直角分别为3和4，由于在设置固定点时要求1、4点和2、3点须精确在同一水平上且间距都等于l，3、4点之的垂直高度也为Ho，所以有：测绘信息网http:/www.othermap.co如图2（b）所示，模型内任一点B，其水平角观测值为1、2，垂直角为x，则根据三角形正弦定理有：测绘信息网http:/www.othermap.co所以任意点B距点1的水平距离lx为：（7）由此可得任意点B距离1的垂直距离hx为：（8）通过观测计算模拟开采前B点的lxo、hxo和开采后的lxi、hxi，即可得到B点的下沉量Wi和水平移动Ui：测绘信息网http:/www.othermap.coWi=hxo-hxiUiv=lxi-lxo(9)2观测方法根据上述分析可知，固定点1、2点和3、4点必须处于同一铅垂线上，且1、4点和2、3点处在同一水平高度上，所以设置固定点时，必须用经纬仪和水准仪进行布设，并精确量取1、2点和3、4点之间的距离Ho以及1、4点和2、3点之间的距离lo，然后用经纬仪精确测定其竖直角1、2、3和4以及水平角。测绘信息网http:/www.othermap.co模型中的各移动观测点的位置，可根据实际需要进行设置。观测时采用盘左盘右的测回观测方法对每一点的水平方向角和垂直角进行观测，从而得到观测点的位置坐标lxi和hxi。测绘信息网http:/www.othermap.co模型中布设的测点标志为具有十字线的圆（如图3），布设测点时用大头针将测点标志钉在模型上，观测时瞄准测点十字线的中心。图3测点标志示意图3观测精度分析测绘信息网http:/www.othermap.co根据误差传播定律，由式（7）得水平距离的观测中误差mlx为：（10）式中：m1、m2、m3和m4分别为1、2、3和4的观测误差；m1和m2分别为1和2的观测误差；m1为l的量取误差，一般为0.1mm；为1弧度的秒值，其值为206265。且测绘信息网http:/www.othermap.co设，并考虑到在相同观测条件下的水平角观测精度相同、垂直角观测精度相同，即m1m2=m3=m4=m，m1=m2=m，则水平距离lx的中误差mlx为：（11）同理，由式（8）得垂直距离的观测中误差mhx为：（12）式中：mHo为Ho的量取误差，一般为0.1mm；其它符号含义同上。且：根据上述分析，作者曾在实验室用蔡司010经纬仪对任意两点进行过21测回观测，观测结果为：平=180136，垂=22451，进而求得水平角观测中误差：垂直角观测中误差：测绘信息网http:/www.othermap.co对任意点的精度，作者作了单点观测实验，观测点如图4所示，量取的距离为：h12=h34=92.9cm,l23=l41=150.8cm,对5.6.7点进行了一测回观测，并由式（11）和（12）对5、6、7点的观测精度进行估计得：m15=0.126mmmh5=0.108mmm16=0.113mmmh6=0.090mmm17=0.127mmmh7=0.120mm图4任意点观测示意图通过观测5、6、7点的lxo、hxo和lxi、hxi，则由式（9）求得下沉W和水平移动U，考虑到lxo和lxi、hxo和hxi的观测方法相同，则其精度相同，取mlxo=mlxi=ml,mhxo=mhxi=mh,则5、6、7点水平移动和下沉误差可估计为：由此可见，采用经纬仪观测位移的精度可以满足要求。4与其它观测方法的比较分析测绘信息网http:/www.othermap.co由上述分析可知，采用经纬仪观测位移的精度为：m0.2mm，参照有关文献的分析可知，小钢尺观测的极限误差为0.2mm，摄影观测的极限误差为0.3mm，百分表观测的极限误差为0.14mm，灯光透镜法的极限误差0.178mm，由此可见，经纬仪观测方法与其它方法的观测精度相近，但在实际观测中，象灯光透镜法中对量测模型表面至屏幕的水平距离以及模型表面至透镜主平面距离的误差，一般都超过1mm，透镜焦距一般在4070mm，因而其观测极限误差在0.2035mm。测绘信息网http:/www.othermap.co经纬仪观测方法设置测点灵活，量程不受限制,在同样多的测点情况下，工作量与灯光透镜法大致相近，因而作者认为这种观测方法不失为一种行之有效的方法。测绘信息网http:/www.othermap.co5结论本文通过对相似材料模拟的经纬仪观测方法的分析，得出如下结论：a经纬仪观测方法可以同时观测垂直位移和水平位移。