方向附合導(dǎo)線網(wǎng)的平差方法研究

1引言

當導(dǎo)線的兩端采用陀螺經(jīng)緯儀測定了起始方位時, 稱之為方向附合導(dǎo)線。在測繪技術(shù)快速發(fā)展的今天，方向附合導(dǎo)線在地下工程中仍有大量的應(yīng)用，并隨著陀螺定向技術(shù)的不斷推廣，這種導(dǎo)線在煤礦井下測量中得到越來越廣泛的應(yīng)用。對于單一附合導(dǎo)線而言，簡易平差的精度完全可以滿足工程需要。但是，對于復(fù)雜的導(dǎo)線網(wǎng)來說，簡易平差的方法就會不適宜。因此，研究方向附合導(dǎo)線網(wǎng)的嚴密平差方法對于實際工作具有重大的意義。

2 一般嚴密平差方法

對于井下加測了陀螺邊的方向附合導(dǎo)線來說，一般沿巷道的開拓由單個或多個結(jié)點組成方向附合導(dǎo)線網(wǎng)。一般的嚴密平差方法多采用條件平差。以單結(jié)點情況為例，如圖1所示，陀螺定向邊為 、、，為討論問題方便起見，假定陀螺定向邊均為堅強邊，測角為等精度觀測，測角中誤差設(shè)為單位權(quán)中誤差。則結(jié)點o將整個導(dǎo)線分為三部分，各段導(dǎo)線的權(quán)倒數(shù)為該段的、、（不包括結(jié)點o），結(jié)點o與各段導(dǎo)線連接邊oa、ob、oc的權(quán)倒數(shù)為1/2。則其平差方法按以下步驟進行：

1） 列條件方程式

（1）

式中  r — 條件方程的個數(shù)；

      n — 加測陀螺邊的個數(shù)；

t — 結(jié)點的個數(shù)。

      條件方程如下：

                       （2）

                      （3）

             式中  、、—分別為oa、ob、oc的方向改正數(shù)。

2） 計算法方程系數(shù)，組成法方程式

法方程各系數(shù)如下：

                                          （4）

則可列法方程為：

              （5）

3） 根據(jù)法方程式求得的聯(lián)系數(shù)K，計算各觀測值的改正數(shù)

求得聯(lián)系數(shù)后，再計算各觀測值的改正數(shù)，寫成純量形式如下：

      （6）

求得

               （7）

則結(jié)點o處的各觀測角改正數(shù)為

                         （8）

當導(dǎo)線網(wǎng)中存在多個結(jié)點時，處理方法與單結(jié)點情況類同。

3 加權(quán)平均值法(或等權(quán)代替法)

在進行帶有結(jié)點的水準網(wǎng)平差時，我們可以除條件平差或間接平差方法外，也可采用等權(quán)代替法。對于帶有結(jié)點的方向附合導(dǎo)線網(wǎng)，我們也可利用帶權(quán)平均值法（或等權(quán)代替法）對其進行平差。

對于單結(jié)點的方向附合導(dǎo)線網(wǎng)來說，如圖1所示，加權(quán)平均值法平差方法如下：

首先我們先選取oa邊作為公共邊，從各陀螺邊沿各段線路推算公共邊的左邊方位角分別為、、，各段的站數(shù)分別為、、。一般我們以測站數(shù)來定權(quán)，則各段導(dǎo)線的的權(quán)為該段的、、。oa方向坐標方位角的最或然值為A，則有

得到公共邊平差后的方位值后，就可以將各段線路看作單一方向附合導(dǎo)線進行角度閉合差的計算、分配，最終完成整個導(dǎo)線網(wǎng)的平差。

當碰到多結(jié)點的網(wǎng)型時，如圖2所示，這時采用加權(quán)平均值法就不適用，可以采用等權(quán)代替法來進行平差計算。

等權(quán)代替法的實質(zhì)是先將兩條線路根據(jù)等權(quán)代替原理進行處理，使導(dǎo)線形式轉(zhuǎn)換成單結(jié)點的形式，再采用帶權(quán)平均值法進行計算，最后再將角度閉合差進行分配。

如我們現(xiàn)在求解線路S3的角度改正值時，設(shè)以N站作為單位權(quán)，則線路S1、S2、S3、S4、S5、S6的站數(shù)為、、、、，則各段線路的權(quán)為。平差時，可以先把S1、S2合并成一條路線，得到虛擬路線，則虛擬路線的權(quán)為，線路S1與S2分別推算到結(jié)點公共邊的方位角最或然值為，虛擬路線的等效站數(shù)為。此時，多結(jié)點導(dǎo)線形式即轉(zhuǎn)換成單結(jié)點形式，就可根據(jù)前述方法進行計算各改正值。

4 朱家河煤礦井下導(dǎo)線實例

朱家河煤礦隸屬于陜西煤業(yè)化工集團公司蒲白礦務(wù)局，礦井井田位于渭北黃土高原上白水縣杜康鎮(zhèn)，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力90萬噸/年，核定生產(chǎn)能力120萬噸/年，設(shè)計服務(wù)年限62年。

導(dǎo)線布設(shè)根據(jù)巷道走向布設(shè)，中間有一個結(jié)點，并加測兩條陀螺定向邊以提高精度。導(dǎo)線起算邊為為風(fēng)井口-辦公樓兩個地面點；加測陀螺邊分別為東1-東2、西1-西2；結(jié)點位置為西15。導(dǎo)線觀測采用拓普康型 2″儀器進行2測回獨立觀測。導(dǎo)線形狀見圖4。

現(xiàn)采用加權(quán)平均值法對朱家河煤礦井下導(dǎo)線進行平差。

首先選取公用邊：選擇結(jié)點處的西15－ZD1作為共用邊，作為加權(quán)平均法需首先計算出其方位值。將辦公樓－ZD1定為線路S1，東2－西15定為線路S2，西2－西15定為線路S3。

其次計算各單個線路的權(quán)：各角度觀測值可認為是等精度觀測，則以測站數(shù)來定權(quán)。S1線路共8站，S2線路共7站，S3線路共14站。選28站角度觀測值的權(quán)定為單位權(quán)。線路S1的權(quán)為：，線路S2的權(quán)為：，線路S3的權(quán)為：。

接下來由各線路推算西15－ZD1的方位：三條線路的起始方位為，，。從辦公樓推算出共用邊西15-ZD1的方位角為=249°36′06″，從東大巷陀螺起始邊推算出西15-ZD1的方位角為=249°35′43″，從西大巷的陀螺起始方位角推算出共用邊西15－ZD1的方位角為=249°35′41″。則共用邊加權(quán)方位的計算西15－ZD1方位角的最或然值為：   =249°35′51″。有了共用邊平差后的方位值，就可以對各單個線路進行角度閉合差的計算、分配。

加權(quán)平均值法平差計算的結(jié)果與條件平差相比，計算成果一致。

5  結(jié)束語

對于單結(jié)點的方向附合導(dǎo)線來說，采用加權(quán)平均值法進行平差計算過程簡單，與其它嚴密平差方法計算的成果相同，但該方法對于兩個以上結(jié)點的導(dǎo)線網(wǎng)就不太適宜，需進行多次等權(quán)代替。因此，多結(jié)點方向附合導(dǎo)線網(wǎng)的平差仍采用一般嚴密平差方法。對于一般網(wǎng)型較簡單的導(dǎo)線來說，采用加權(quán)平均值法能避免一般嚴密平差方法的列誤差方程的麻煩，簡化計算過程。