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

背景技術(shù)：

在礦山建設(shè)和采礦過(guò)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(yíng)管理以及礦山報(bào)廢等進(jìn)行的測(cè)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(cè)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(duì)安全生產(chǎn)做出決策。

目前礦山測(cè)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(cè)量設(shè)備，具有角度測(cè)量、距離(斜距、平距、高差)測(cè)量、三維坐標(biāo)測(cè)、導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量和放樣測(cè)量等功能。

如，全站儀在井下進(jìn)行測(cè)量坐標(biāo)的方法過(guò)程為：1)架設(shè)儀器，對(duì)中、調(diào)平；2)輸入測(cè)站點(diǎn)的儀器高和坐標(biāo)，完成測(cè)站輸入；3)輸入后視點(diǎn)的棱鏡鏡高和坐標(biāo)，測(cè)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(cè)量得到目標(biāo)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。

而全站儀這種專(zhuān)業(yè)的測(cè)繪儀器，往往需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)才能完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過(guò)程；全站儀不僅價(jià)格昂貴而且體型笨重，不方便攜帶，給測(cè)量人員在礦井中帶來(lái)搬運(yùn)困難；全站儀在測(cè)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(guò)程復(fù)雜；儀器高則是借助鋼尺等手動(dòng)測(cè)距工具測(cè)量，測(cè)量誤差較大。

針對(duì)上述的技術(shù)問(wèn)題，在中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01510121265.1中，公開(kāi)了基于旋轉(zhuǎn)扇面激光的懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿測(cè)量方法的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種利用基于旋轉(zhuǎn)扇面激光測(cè)角的空間點(diǎn)三維坐標(biāo)測(cè)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(xiàn)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(duì)于空間大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)值由其他測(cè)量方式測(cè)得。由扇面激光發(fā)射端測(cè)得扇面激光接收器相對(duì)于發(fā)射端的坐標(biāo)值，再通過(guò)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(xiàn))相對(duì)于空間大地坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)值。

上述專(zhuān)利，雖然解決了傳統(tǒng)采用人工測(cè)量所帶來(lái)了測(cè)量誤差大，操作復(fù)雜的問(wèn)題，但是，其體積較為龐大，且當(dāng)掘進(jìn)機(jī)處于截割過(guò)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(wú)法接收到激光發(fā)射器發(fā)出的扇形激光，導(dǎo)致檢測(cè)失敗。因此亟需一種經(jīng)濟(jì)、便攜、操作簡(jiǎn)單的井下測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)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(jiǎn)單、且測(cè)量精準(zhǔn)的井下測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量方法，以解決現(xiàn)有井下坐標(biāo)測(cè)量過(guò)程中所存在的測(cè)量?jī)x器操作復(fù)雜、便攜性較差且測(cè)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種井下測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)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(cè)點(diǎn)之間的巷道分布情況，獲取測(cè)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(cè)站坐標(biāo)求解算法，獲取每一個(gè)測(cè)站的三維坐標(biāo)，以得到目標(biāo)測(cè)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(cè)站處分別架設(shè)測(cè)距儀，分別測(cè)量獲取兩個(gè)測(cè)站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的距離和傾斜角；

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

s23.將獲取到的兩個(gè)測(cè)站坐標(biāo)作為新控制點(diǎn)，執(zhí)行s21，直到獲取目標(biāo)測(cè)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(cè)站處分別架設(shè)測(cè)距儀，基于測(cè)站處的測(cè)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(cè)站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的距離為和測(cè)量獲取其中一個(gè)測(cè)站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的傾斜角為和測(cè)量獲取另一個(gè)測(cè)站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的距離分別為和測(cè)量獲取另一個(gè)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(guò)e、c作水平線(xiàn)和豎直線(xiàn)相交于f，基于直線(xiàn)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(cè)站1，以獲得測(cè)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(cè)站坐標(biāo)后，在用于固定測(cè)距儀的三腳架上豎直各安裝1個(gè)靶標(biāo)，用以代替測(cè)站的空間位置。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述測(cè)距儀為激光測(cè)距儀。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述測(cè)距儀為紅外探測(cè)儀。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述測(cè)距儀為超聲波測(cè)距儀。

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

1)采用激光測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)量，由于激光測(cè)距儀外觀迷你，質(zhì)輕便攜，大大減輕井下測(cè)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(guò)逆向反推獲取目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測(cè)量方便準(zhǔn)確；

3)整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，無(wú)需人工測(cè)繪，故對(duì)測(cè)量人員的專(zhuān)業(yè)水平無(wú)顯示，降低對(duì)測(cè)量人員的技能要求；

4)測(cè)量完畢，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)就可直接結(jié)算并讀取目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測(cè)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(cè)量井下測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，操作簡(jiǎn)單，極易上手。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種井下測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)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(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量方法的過(guò)程圖；

圖4為本發(fā)明的測(cè)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(duì)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(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供了一種井下測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量方法，其包括以下步驟：

s1.通過(guò)井下現(xiàn)場(chǎng)踏勘，選擇距離目標(biāo)測(cè)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(cè)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(cè)站，則測(cè)站個(gè)數(shù)為2n；

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

為了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，請(qǐng)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(cè)站處分別架設(shè)測(cè)距儀，分別測(cè)量獲取兩個(gè)測(cè)站與兩個(gè)控制點(diǎn)之間的距離和傾斜角；

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

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

為了詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的獲取測(cè)站三維坐標(biāo)的過(guò)程，以下將以控制點(diǎn)1和控制點(diǎn)2計(jì)算獲取測(cè)站1的三維坐標(biāo)作為示例說(shuō)明。具體請(qǐng)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(cè)站(測(cè)站1和測(cè)站2)處分別架設(shè)測(cè)距儀，基于測(cè)站1和測(cè)站2處的測(cè)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(cè)距儀獲取測(cè)站1與控制點(diǎn)1之間的空間距離為和傾斜角為用測(cè)距儀獲取測(cè)站1與控制點(diǎn)2之間的空間距離為和傾斜角為用測(cè)距儀獲取測(cè)站2與控制點(diǎn)1之間的空間距離為和傾斜角為用測(cè)距儀獲取測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)e、c作水平線(xiàn)和豎直線(xiàn)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(xiàn)ab的斜率，基于a點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得直線(xiàn)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(cè)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(cè)站1，若為負(fù)值，則d點(diǎn)為測(cè)站1。

以上為測(cè)站1的坐標(biāo)推算過(guò)程，當(dāng)需要獲取測(cè)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(cè)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(cè)站2的三維坐標(biāo)。

當(dāng)計(jì)算獲得了測(cè)站1和測(cè)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(cè)站的三維坐標(biāo)，如此反復(fù)后，直至獲得目標(biāo)測(cè)點(diǎn)。

進(jìn)一步的，為了詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將以獲取測(cè)站2n和測(cè)站2n-1的三維坐標(biāo)為實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，請(qǐng)繼續(xù)參閱圖3所示。當(dāng)在測(cè)站2n-1(2≤n≤n)處用三腳架水平架設(shè)激光測(cè)距儀，順時(shí)針觀察測(cè)點(diǎn)2n-3和測(cè)點(diǎn)2n-2作為測(cè)量的先后順序。假設(shè)先測(cè)點(diǎn)2n-3后測(cè)點(diǎn)2n-2為順時(shí)針，激光測(cè)距儀先瞄準(zhǔn)測(cè)量測(cè)點(diǎn)2n-3獲取空間距離和傾斜角后瞄準(zhǔn)測(cè)量測(cè)點(diǎn)2n-2獲取和在測(cè)站2n(2≤n＜n)處用三腳架水平架設(shè)激光測(cè)距儀，激光測(cè)距儀先瞄準(zhǔn)測(cè)量測(cè)點(diǎn)2n-3獲取空間距離和傾斜角后瞄準(zhǔn)測(cè)量測(cè)點(diǎn)2n-2獲取和由于測(cè)點(diǎn)2n-3和測(cè)點(diǎn)2n-2的三維坐標(biāo)為已知參數(shù)，故根據(jù)測(cè)點(diǎn)2n-3(x2n-3,y2n-3,z2n-3)和測(cè)點(diǎn)2n-2(x2n-2,y2n-2,z2n-2)，解算出測(cè)站2n-1和測(cè)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(cè)站坐標(biāo)后，可在用于固定測(cè)距儀的三腳架上豎直各安裝1個(gè)靶標(biāo)，用以代替測(cè)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(guò)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(cè)距儀中心高度一致，以保證靶標(biāo)中心為測(cè)站的空間位置。

以下將具體說(shuō)明本發(fā)明根據(jù)測(cè)站2n-1和測(cè)站2n獲取目標(biāo)測(cè)點(diǎn)t的過(guò)程，請(qǐng)參閱圖3所示。

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

在測(cè)站2n-1處用激光測(cè)距儀瞄準(zhǔn)目標(biāo)測(cè)點(diǎn)t，獲取空間距離和傾斜角相當(dāng)于從目標(biāo)測(cè)點(diǎn)t瞄準(zhǔn)測(cè)站2n-1，獲取空間距離和傾斜角那么在測(cè)站2n處用激光測(cè)距儀瞄準(zhǔn)目標(biāo)測(cè)點(diǎn)t，獲取空間距離和傾斜角相當(dāng)于從目標(biāo)測(cè)點(diǎn)t瞄準(zhǔn)測(cè)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(guò)程，解算得到目標(biāo)測(cè)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(cè)距儀為激光測(cè)距儀，其該激光測(cè)距型號(hào)為leicas910，該激光測(cè)距儀的測(cè)距量程為300m，距離精度達(dá)到1mm，角度精度0.1°，測(cè)量數(shù)據(jù)可通過(guò)藍(lán)牙或無(wú)線(xiàn)傳輸。

優(yōu)選的，該測(cè)距儀還可以是紅外探測(cè)儀或超聲波測(cè)距儀。

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

1)采用激光測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)量，由于激光測(cè)距儀外觀迷你，質(zhì)輕便攜，大大減輕井下測(cè)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(guò)逆向反推獲取目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測(cè)量方便準(zhǔn)確；

3)整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，無(wú)需人工測(cè)繪，故對(duì)測(cè)量人員的專(zhuān)業(yè)水平無(wú)要求，降低對(duì)測(cè)量人員的技能要求；

4)測(cè)量完畢，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)就可直接解算并讀取目標(biāo)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測(cè)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(cè)量井下測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，操作簡(jiǎn)單，極易上手。

最后，本申請(qǐng)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)。