三线定向法的改进与应用

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　　【摘要】通过三线定向测量方法的介绍与精度分析，阐述了该方法的设计、计算要求与特殊性。新方法的应用减轻了劳动强度，增大了安全系数，拓宽了几何定向的应用范围，优化和改进了定向测量技术，对于解决相关定向精度的实际问题有一定的参考价值。
　　【关键词】多中段 几何定向 三线法
　　1三线定向法的意义
　　三线定向法，是在一个井筒内下放三根垂球线，通过测量与计算，将地面或一个中段的平面坐标及其方位角传递到井下（或另一个或另几个中段）巷道中的经纬仪导线起始边上，使井上、下采用同一个平面坐标系统的一种几何定向方法。
　　2三线定向的方法
　　三线定向法的测量准备工作、投点检查方法以及通讯联络等事宜与常规几何定向法基本相同。不同的是人员组织、投点设备、措施、测量元素与计算方法不同。
　　2.1投点
　　在实际工作中常常采用单重稳定投点法。放线使用风动绞车。当采用电动绞车时，滚筒直径应采取加大措施。钢丝要有备用长度，型号和悬挂砝码的重量视井筒深度而定，一般挂重不低于100kg，照明灯采用探照灯，每个中段一个。
　　绞车必须安装牢固。井口铁板需要割孔投线，井口各项安装工作完毕并经检查无误后，方可下放钢丝。下放钢丝要通知各定向水平人员离开井筒。钢丝通过滑轮，定向板再挂上砝码底盘，慢慢放入井筒内。当收到井底垂线到达定向水平信号后，即停止下放。下中段加砝码到设计重量，通知地面提升绞车调整重砣至最佳高度为加快速度三根钢丝可以同时下放，但事先必须测量滚筒直径计算出每圈的长度，在快要到达井底水平时再逐一下放，以免信号混乱。当三根垂线均调整好高度并放入水桶后，闸住绞车。用信号圈法和比距法较容易地判定钢丝的自由悬挂状态。
　　2.2连接测量
　　三线法与定向了连接点所构成的图形是四边形，图形结构见附图。
　　三线法连接测量所用的仪器、钢尺、一般技术要求与二线定向法相同，其主要不同的是：（1）地面观测元素多，精度要求高。每组以钢尺不同起点读书六次，读数至0.1mm，互差不超过1.5mm，往返观测并计算至0.01mm。往返互差不超过1.0mm时取均值作为丈量结果。（2）井下测量元素少，32作简单。井下的连接图形仍然是四边形，但观测的允素只是Ψ、ε1、ε2三个角。角度均观测、计算至秒值。无需搭设平台丈量边长。
　　3三线法的解算
　　3.1地面四边形的解算
　　地面连接测量有3个多余观测数，因而可以进亍严密平差（可以考虑几何定向中β角不参与误差分配）。具体平差过程用计算机或表格计算，求出平差值后，用余弦定理计算出四边形各内角，再按导线逐一计算出B、c，A各点坐标。
　　3.2井下四边形的解算
　　中间水平及下中段的解算直接应用后方交会法计算公式，同时再计算出定向边的方位角。
　　3.3计算正确性的检核
　　条件方程式的闭合差w，就是延伸三角形定向法的d值，即W=Si丈-Si計，w的限差按规程要求不超过2mm，当符合要求时进行平差计算。中间水平和下中段计算的d1，（或d3）边长与丈量值的较差不应超过4mm。可以证明，后方交会法计算出的边长中误差为：±0.29mm。
　　4定向精度分析
　　4.1地面（或上中段）测量的精度计算
　　以AC边为例，其坐标方位角的最或是值αAC计算式为：
　　5结论
　　（1）地面由于增加了多余观测，因而提高了测量精度和可靠性。
　　（2）对于多中段定向，其中间水平只要解决照明，而无需搭设坚固的测量平台，即避免了有关人员直接在井筒内的作业，保证人员安全，减少井筒占用时间，减少了工作人员的劳动强度，也缩短了在井下恶劣环境下的整个作业时间。受益大效果显著。
　　（3）下中段可以根据定向精度要求，控制在井筒内的工作时间。增加多余观测数，能够提高测量精度。
　　（4）三线定向法毕竟是几何定向法，它受到井筒断面及布点的限制，不能替代陀螺仪定向。但它确实可以优化建井期间及多中段的定向工作;解决上下中段马头门方向一致延伸三角形的选点困难;还使得那些无法架设平台或根本不具备量边条件的水平、中段，也同样可以实施几何定向。
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