陀螺定向在貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例

1、論文題目：陀螺定向在貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析論文題目：陀螺定向在貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析專專 業(yè)：業(yè)：測(cè)繪工程本本 科科 生：生：吳名市 （簽名）（簽名） 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：黃霸天 （簽名）（簽名） 摘 要隧道或井巷工程測(cè)量導(dǎo)線布設(shè)的形式因受巷道形狀的制約，若單純采用改變導(dǎo)線布設(shè)形式或提高測(cè)角次數(shù)與精度等方法，往往難以滿足工程施工對(duì)于測(cè)量的精度要求。陀螺經(jīng)緯儀是測(cè)量井下導(dǎo)線邊方位角、提高測(cè)量精度的重要儀器。尤其是在貫通測(cè)量中陀螺經(jīng)緯儀的應(yīng)用非常廣泛。貫通測(cè)量是一項(xiàng)十分重要的測(cè)量工作,必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。巷道貫通后,其接合處的偏差不能超過一定限度,否則就會(huì)給采礦工程帶來不利影響,甚至造成

2、很大的損失。本文對(duì)陀螺經(jīng)緯儀工作原理介紹，以及陀螺經(jīng)緯儀在貫通測(cè)量中的精度評(píng)定。陀螺經(jīng)緯儀在不同領(lǐng)域的貫通測(cè)量工作中運(yùn)用實(shí)例的分析，總結(jié)出在貫通測(cè)量導(dǎo)線加測(cè)陀螺定向邊的最佳位置。關(guān)關(guān) 鍵鍵 詞：詞： 陀螺定向，貫通測(cè)量，陀螺經(jīng)緯儀，精度評(píng)定Subject ：Directional gyro in the measurement through the application of analysis Specialty ：Geodetic engineeringName ： （Signature） Instruct （Signatrue） ABSTRACTTunnel or shaft engi

3、neering measurement wires for the form of roadway, if simple shape by changing arrangement forms or improve wires and precision Angle measurement methods, and often difficult to satisfy the measurement accuracy for engineering construction. Gyro theodolite is measured in wire edge Angle, improve the

4、 measuring precision instruments. Especially in the measurement of the photoelectric theodolite gyro breakthrough is used extensively. Through measurement is a very important measurement work, must strictly according to the design requirements. The roadway expedite, its joint deviation cannot exceed

5、 a certain limit, otherwise they will be detrimental to the mining project, and even cause great losses. This paper introduces working principle of gyro theodolite, as well as the breakthrough in the measurement of the gyro theodolite accuracy assess. Gyro theodolite in different fields of the measu

6、rement of the examples, this paper leads in breakthrough measurement on the edge of the directional gyro adds the best position.Key words: directional gyro; through measurement; gyro theodolite; Accuracy AssessmentI目目 錄錄1 1 緒緒 論論 .11.1 陀螺定向的研究現(xiàn)狀 .11.2 研究陀螺定向的目的 .11.3 陀螺定向的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì) .22 2 陀螺經(jīng)緯儀定向測(cè)量原理

7、與方法陀螺經(jīng)緯儀定向測(cè)量原理與方法 .32.1 陀螺經(jīng)緯儀的類型與結(jié)構(gòu) .32.1.1 陀螺經(jīng)緯儀定向的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 .32.1.2 陀螺經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu) .32.1.3 陀螺經(jīng)緯儀的類型 .42.2 陀螺經(jīng)緯儀定向的基本步驟 .52.3 跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法測(cè)定陀螺方位角的作業(yè)過程 .72.3.1 陀螺儀懸?guī)Я阄挥^測(cè) .72.3.2 粗略定向 .82.3.3 精密定向 .93 3 陀螺定向的誤差分析陀螺定向的誤差分析 .133.1 陀螺定向的誤差來源 .133.2 陀螺定向在貫通測(cè)量中的精度評(píng)定 .143.2.1 陀螺方位角一次測(cè)定中誤差 .143.2.2 一次定向中誤差 .143.3 陀螺定向在

8、貫通測(cè)量中導(dǎo)線的平差 .153.3.1 具有兩條陀螺定向邊導(dǎo)線的平差 .153.3.2 具有三條陀螺定向邊導(dǎo)線的平差 .174 4 陀螺定向在貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析陀螺定向在貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析 .204.1 陀螺定向在道路貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析 .20II4.1.1 工程概況 .204.1.2 陀螺定向技術(shù) .204.1.3 精度評(píng)定 .224.1.4 工程分析 .234.2 陀螺定向在礦山貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析 .244.2.1 工程概況 .244.2.2 陀螺定向技術(shù) .244.2.3 精度評(píng)定 .264.2.4 工程分析 .274.3 陀螺定向在水利貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析

9、.274.3.1 項(xiàng)目概況 .284.3.2 陀螺定向技術(shù) .284.3.3 陀螺定向精度評(píng)定 .294.3.4 坐標(biāo)解算及成果對(duì)比分析 .304.3.5 工程分析 .355 5 結(jié)論結(jié)論 .38參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .40致致 謝謝 .4211 緒 論1.1 陀螺定向的研究現(xiàn)狀 陀螺儀可以確定真子午線方向,還可以測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體的偏角、角速度及加速度。根據(jù)陀螺儀的基本原理 ,人們研制成功了許多種陀螺系統(tǒng)。這些陀螺系統(tǒng)在航海、航空、航天技術(shù)領(lǐng)域中被用于對(duì)船舶、飛機(jī)及航天飛行器進(jìn)行導(dǎo)航在軍事領(lǐng)域中陀螺儀被用做慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的核心 在地球科學(xué)領(lǐng)域中陀螺儀被用來進(jìn)行大地測(cè)及地理緯線的測(cè)量在地下工程施工領(lǐng)域。像

10、地下資源開采、隧道施工人們借助陀螺儀進(jìn)行定。隨著人們對(duì)陀螺儀的認(rèn)識(shí)水平、研究水平及制造水平的提高 ,陀螺儀的應(yīng)用領(lǐng)域正在得到不斷地拓展。目前陀螺儀及陀螺系統(tǒng)已在許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域及產(chǎn)業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。尤其是在做貫通測(cè)量的時(shí)候基本都利用陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量工作。由于陀螺經(jīng)緯儀不受時(shí)間和環(huán)境的先知，它的觀測(cè)簡(jiǎn)單方便、效率早，而且能保證較高的精。由于以前在貫通測(cè)量中都運(yùn)用的是幾何定向法非常耗費(fèi)人力資源，所以現(xiàn)在陀螺定向在測(cè)量中的發(fā)展如日中天。尤其是在大型的貫通測(cè)量里，利用陀螺定向能確保很高精度，以免出現(xiàn)貫通失誤，導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。1.2 研究陀螺定向的目的由于陀螺經(jīng)緯儀主要運(yùn)用于貫通測(cè)量，所以研究陀

11、螺定向在貫通測(cè)量中的應(yīng)用是很有必要的。陀螺經(jīng)緯儀系統(tǒng)性能良好,精度高。它是集光、機(jī)、電、算于一體,裝調(diào)復(fù)雜的高技術(shù)產(chǎn)品。它能完全滿足各種采礦工程定向測(cè)量精度的需要。按照以測(cè)角中誤差來劃分導(dǎo)線等級(jí),基本控制導(dǎo)線分為7和15導(dǎo)線2種。對(duì)于一次啟動(dòng)陀螺定向誤差為7的儀器,可實(shí)施導(dǎo)線起始邊定向及附合導(dǎo)線或閉合導(dǎo)線終端的定向測(cè)量,也可實(shí)施一井或兩井井下起始邊的定向。使用陀螺經(jīng)緯儀能有效減少常規(guī)幾何定向時(shí)耗費(fèi)大量人力、物力和占用井筒時(shí)間,降低成本,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。還能控制隨著環(huán)境的惡劣,井筒深度增加以及礦區(qū)的延伸發(fā)展,其定向精度的降低,大大提高井下平面控制的精度。用陀螺定向經(jīng)緯儀可以為井下每一水平進(jìn)行定向

12、,控制導(dǎo)線測(cè)量方向誤差的積累,校核導(dǎo)線測(cè)量中測(cè)角粗差,實(shí)施礦山及地下工程大型巷道貫通的定向。通過對(duì)陀螺定向的應(yīng)用實(shí)例分析，來總結(jié)出陀螺邊的最佳位置，盡量減小貫通誤差。隨著科技的發(fā)展,陀螺經(jīng)緯儀2與測(cè)距儀配合可以組成全站式定位系統(tǒng)?？梢栽诘V區(qū)進(jìn)行控制測(cè)量,尤其是在礦井內(nèi)對(duì)有些已被移動(dòng)或破壞的點(diǎn)位以及近井點(diǎn)可直接插點(diǎn),進(jìn)行補(bǔ)測(cè)、修測(cè)或復(fù)合,充分顯示其優(yōu)越性。陀螺經(jīng)緯儀與GPS 配合,可以組成定位定向坐標(biāo)體系,擴(kuò)展水平控制網(wǎng)的測(cè)量。也可對(duì)隱蔽地區(qū)、待開發(fā)地區(qū)、困難地區(qū)等進(jìn)行布測(cè)與施工。由于它不受時(shí)間和環(huán)境的限制,應(yīng)用越來越廣泛。1.3 陀螺定向的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì) 陀螺定向主要運(yùn)用于貫通測(cè)量。主要運(yùn)

13、用于礦山、鐵路、公路和水利工程等多方面。貫通工程 ,特別是大型貫通工程 ,關(guān)系到整個(gè)工程建設(shè)的質(zhì)量,必須采取有效措施保證貫通工程有足夠的測(cè)量精度。貫通工程中 ,從近巷點(diǎn)開始到工作面的測(cè)量數(shù)據(jù)的傳遞均是采用支導(dǎo)線形式 。支導(dǎo)線終點(diǎn)的橫向誤差 ,受測(cè)角誤差和起始方位角誤差傳遞的影響最為明顯 ,選擇合理的測(cè)量方法可大大降低測(cè) 角誤差和起始方位角誤差所引起的終點(diǎn)橫向誤差 。導(dǎo)線中加測(cè)陀螺定向邊可以減少導(dǎo)線終點(diǎn)的橫向誤差這已成為定論 。陀螺定向邊加在什么位置 ,加幾條為宜 ,從而取得最優(yōu)的成果 。 陀螺定向現(xiàn)在得到越來越多的應(yīng)用，只是現(xiàn)在還處于發(fā)展階段。在以后陀螺定向?qū)?huì)運(yùn)用于各行各業(yè)。隨著科技的發(fā)展,

14、陀螺經(jīng)緯儀與全站儀配合可以組成全站式定位系統(tǒng)?？梢栽诘V區(qū)進(jìn)行控制測(cè)量,尤其是在礦井內(nèi)對(duì)有些已被移動(dòng)或破壞的點(diǎn)位以及近井點(diǎn)可直接插點(diǎn),進(jìn)行補(bǔ)測(cè)、 修測(cè)或復(fù)合,充分顯示其優(yōu)越性。陀螺經(jīng)緯儀與 GPS 配合,可以組成定位定向坐標(biāo)體系,擴(kuò)展水平控制網(wǎng)的測(cè)量。也可對(duì)隱蔽地區(qū)、 待開發(fā)地區(qū)、 困難地區(qū)等進(jìn)行布測(cè)與施工。由于它不受時(shí)間和環(huán)境的限制,應(yīng)用越來越廣泛。 研究陀螺定向在貫通測(cè)量中的應(yīng)用，可以總結(jié)出選擇陀螺定向邊最佳位置的方法以減小定向誤差，提高陀螺定向邊的精度。從而提高貫通精度，避免造成不必要的工程損失。32 陀螺經(jīng)緯儀定向測(cè)量原理與方法2.1 陀螺經(jīng)緯儀的類型與結(jié)構(gòu)2.1.1 陀螺經(jīng)緯儀定向的優(yōu)

15、點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域陀螺經(jīng)緯儀是將陀螺儀和經(jīng)緯儀結(jié)合的儀器。由于它不受時(shí)間和環(huán)境的限制，同時(shí)觀測(cè)簡(jiǎn)單方便、效率高，而且能保證較高的定向精度，所以是一種先進(jìn)的定向儀器。就礦山而言，它完全可以取代國(guó)內(nèi)礦山測(cè)量沿用百年之久的幾何定向法，克服了幾何定向法要占用井筒而造成停產(chǎn)、耗費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間等特點(diǎn)。陀螺經(jīng)緯儀在礦山等地下測(cè)量工作中可用于：（1）為井下每一水平進(jìn)行定向。（2）控制導(dǎo)線測(cè)量方向誤差的積累。在導(dǎo)線測(cè)量工作中可以在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)加測(cè)一陀螺方位角，既可發(fā)現(xiàn)測(cè)量水平角的粗差，有可有效地減少方向誤差的積累。（3）礦山及地下工程大型巷道貫通定向（4）在蔭蔽地區(qū)，線路、管道、隧道等工程的定向（5）與光電測(cè)距儀

16、配套使用，可用極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)新點(diǎn)和敷設(shè)高精度的光電測(cè)距陀螺定向?qū)Ь€2.1.2 陀螺經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)目前上架懸掛式陀螺經(jīng)緯儀的型號(hào)很多，在國(guó)際上比較有代表性的有 GAK-1、Gi-C11、TK4 等，我國(guó)則有 JT15、FT90 等。雖然在具體的結(jié)構(gòu)上各有特點(diǎn)，但在總體結(jié)構(gòu)上卻基本類似，如圖 2.1 所示。4圖 2.1 陀螺經(jīng)緯儀構(gòu)造懸掛式陀螺儀由以下幾部分組成：（1）靈敏部：包括懸掛帶、導(dǎo)流絲、陀螺馬達(dá)、陀螺房以及反光鏡等；（2）光學(xué)觀測(cè)系統(tǒng)（用來觀測(cè)和跟蹤靈敏部的擺動(dòng)） ；（3）鎖緊限幅機(jī)構(gòu)（用于陀螺靈敏部的鎖緊好限幅） ；（4）陀螺儀外殼（用于防止外部磁場(chǎng)的干擾） 。經(jīng)緯儀則比普通經(jīng)緯儀增加

17、了一個(gè)定位連接裝置。陀螺電源由蓄電池組、充電器、逆變器等組成。2.1.3 陀螺經(jīng)緯儀的類型51952 年，法國(guó)物理學(xué)家傅科提出地球的自轉(zhuǎn)會(huì)在陀螺儀上產(chǎn)生效應(yīng)的設(shè)想：“無需進(jìn)行任何天文觀測(cè)或地磁觀測(cè)，只要由陀螺儀觀測(cè)就可以得出任何地點(diǎn)的子午線位置” 。20 世紀(jì)初研制成功陀螺羅盤作為航海導(dǎo)航儀器。20 世紀(jì) 50 年代，研制成功液浮式礦用陀螺羅盤儀。20 世紀(jì) 60 年代，在礦用陀螺羅盤儀的基礎(chǔ)上發(fā)展成陀螺經(jīng)緯儀，其中較大的改進(jìn)是利用金屬懸掛帶把陀螺靈敏部置于空氣中。在發(fā)展初期，將陀螺儀懸掛在經(jīng)緯儀空心豎軸之下，懸掛帶固定端與經(jīng)緯儀的殼體相固聯(lián)，稱為下架式陀螺經(jīng)緯儀。20世紀(jì) 70 年代，發(fā)展成

18、將陀螺儀用專用橋式支架跨放，連接在經(jīng)緯儀支架上，稱為上架式陀螺經(jīng)緯儀。上架式陀螺經(jīng)緯儀的特點(diǎn)是體積小，重量輕，觀測(cè)時(shí)間短，便于操作和攜帶，適用煤礦井下作業(yè)條件，而且陀螺儀取下后，經(jīng)緯儀還可以單獨(dú)作為測(cè)角儀使用。如瑞士威特廠的 GAK-1，匈牙利莫姆廠的 Gi-C11、德國(guó)芬奈廠的 TK-4、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和徐州光學(xué)儀器總廠聯(lián)合研制的 JT15 等，均屬于這一類。20 世紀(jì) 70 年代后期，德國(guó)、瑞士、匈牙利、前蘇聯(lián)等國(guó)家把自動(dòng)控制技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)引進(jìn)陀螺經(jīng)緯儀，研制出自動(dòng)化陀螺經(jīng)緯儀。如德國(guó)的 MW-77-Gyromat，瑞士的GG1 型，匈牙利的 Gi-B3、Gi-B11 型，前蘇聯(lián)的 MBI

19、I4 型等。20 世紀(jì) 80 年代，研制成數(shù)字化陀螺全站儀，它的特點(diǎn)是可以直接測(cè)定測(cè)線的方位角和待定點(diǎn)的坐標(biāo)，敷設(shè)光電測(cè)距-陀螺定向?qū)Ь€，滿足高精度工程測(cè)量的要求。如日本索佳的 GP1 就是這類儀器。2.2 陀螺經(jīng)緯儀定向的基本步驟（1）在地面已知邊上測(cè)定儀器常數(shù)由于陀螺儀軸衰減微弱的擺動(dòng)系數(shù)保持不變，故其擺動(dòng)的平均位置可以認(rèn)為是假想的陀螺儀軸的穩(wěn)定位置。實(shí)際上，因?yàn)橥勇輧x軸與望遠(yuǎn)鏡光軸及觀測(cè)目鏡分劃板零線所代表的光軸通常不在同一豎直面中，所以假想的陀螺儀軸的穩(wěn)定位置通常不與地理子午線重合。二者的夾角稱為儀器常數(shù)，一般用表示。如果陀螺儀子午線位于地理子午線的東邊，為正；反之，則為負(fù)。如圖 2.

20、2 所示。6圖 2.2 陀螺儀定向示意圖儀器常數(shù)可以在已知方位角的精密導(dǎo)線邊或三角網(wǎng)邊上直接測(cè)出來。精密導(dǎo)線邊CD 之地理方位角為。若在 C 點(diǎn)安置陀螺經(jīng)緯儀，通過陀螺運(yùn)轉(zhuǎn)和觀測(cè)可求出 CD 邊的0A陀螺方位角（測(cè)定陀螺方位角的具體方法將在下面敘述） ，可按下式求出儀器常數(shù)：T （2.1）TA0所以，測(cè)定儀器常數(shù)實(shí)際上是測(cè)定已知邊的陀螺方位角。在下井定向之前，在已知邊上測(cè)定儀器常數(shù)應(yīng)進(jìn)行 23 次，各次之間的互差對(duì)于 GAK-1、JT15 等型號(hào)的儀器應(yīng)小于。每次測(cè)量后，要停止陀螺運(yùn)轉(zhuǎn) 1015min，經(jīng)緯儀度盤應(yīng)變換。04 o180 /(23)（2）在井下定向邊上測(cè)定陀螺方位角井下定向邊的長(zhǎng)

21、度應(yīng)大于 50m，在圖中，儀器安置在點(diǎn)上，可測(cè)出邊的陀螺CDC方位角。則定向邊的地理方位角 A 為：T TA（2.2）測(cè)定定向邊陀螺方位角應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行兩次，其互差對(duì) GAK-1、JT15 等型號(hào)的儀器應(yīng)小于。04 （3）儀器上井后重新測(cè)定儀器常數(shù) 儀器上井后，應(yīng)在已知邊上重新測(cè)定儀器常數(shù) 23 次。前后兩次測(cè)定的儀器常數(shù)，其中任意兩個(gè)儀器常數(shù)的互差 GAK-1、JT15 等型號(hào)的儀器應(yīng)小于。然后求出儀器常04 7數(shù)的最或是值，并按白塞爾公式來評(píng)定一次測(cè)定中誤差。式中 n 為測(cè)定儀器常數(shù)的次數(shù)。（4）求算子午線收斂角一般地面精密導(dǎo)線邊或三角網(wǎng)邊已知的是坐標(biāo)方位角，需要求算的井下定向邊，0也是要求出

22、其坐標(biāo)方位角，而不是地理方位角 A。因此還需要求算子午線收斂角 。如圖所示，地理方位角和坐標(biāo)方位角的關(guān)系為： 000A（2.3）子午線收斂角的符號(hào)可由安置儀器點(diǎn)的位置來確定，即在中央子午線以東為正，0以西為負(fù)；其值可根據(jù)安置儀器點(diǎn)的高斯平面坐標(biāo)求得，具體求法見表。（5）求算井下定向邊的坐標(biāo)方位角井下定向邊的坐標(biāo)方位角為： （2.4） TA式中 -儀器常數(shù)的平均值 2.3 跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法測(cè)定陀螺方位角的作業(yè)過程2.3.1 陀螺儀懸?guī)Я阄挥^測(cè)懸?guī)Я阄皇侵竿勇蓠R達(dá)不轉(zhuǎn)時(shí)，陀螺靈敏部受懸掛帶和導(dǎo)流絲扭力作用而引起扭擺的平衡位置，就是扭力矩為零的位置。這個(gè)位置應(yīng)在目鏡分劃板的零刻劃線上。在陀螺儀觀測(cè)工作開

23、始之前和結(jié)束后，要作懸?guī)Я阄挥^測(cè)，相應(yīng)稱為測(cè)前零位和測(cè)后零位觀測(cè)。測(cè)定懸?guī)Я阄粫r(shí)，先將經(jīng)緯儀整平并固定照準(zhǔn)部，下放陀螺靈敏部從讀數(shù)目鏡中觀測(cè)靈敏部的擺動(dòng)，在分劃板上連續(xù)讀三個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)，估讀到 0.1 格（當(dāng)陀螺儀較長(zhǎng)時(shí)間未運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)定零位之前，應(yīng)將馬達(dá)開動(dòng)幾分鐘，然后切斷電源，待馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再下放靈敏部） 。按下式計(jì)算零位：8 231221aaaL（2.5）式中的、為逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)，以格計(jì)。1a2a3a同時(shí)還需用秒表測(cè)定周期，即光標(biāo)像穿過分劃板零刻畫線的瞬間啟動(dòng)秒表，待光標(biāo)像擺動(dòng)一周又穿過零刻劃線的瞬間制動(dòng)秒表，其讀數(shù)稱為自由擺動(dòng)周期。零位觀測(cè)完3T畢，鎖緊靈敏部。如測(cè)前與測(cè)后懸掛零位變化在格

24、以內(nèi)，且自擺周期不變，則不必5 . 0進(jìn)行零位校正和加入改正。如零位變化超過格就要進(jìn)行校正。因?yàn)檫@時(shí)用“零”線來跟蹤靈敏部時(shí)懸掛帶5 . 0上的扭矩不完全等于零，會(huì)使靈敏部的擺動(dòng)中心發(fā)生偏移。如陀螺定向時(shí)井上、下所測(cè)得的零位變化超過 0.3 格時(shí)，應(yīng)加入改正數(shù)。零位改正值的計(jì)算公式為： a（2.6）式中 -零位變動(dòng)，其中 m 為目鏡分劃板分劃值，h 為零位格數(shù)；mha -零位改正系數(shù)，其中、分別為跟蹤和不跟蹤擺動(dòng)周222221TTT1T2T期。2.3.2 粗略定向在測(cè)定已知邊和定向邊的陀螺方位角之前，必須把經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸置于近似北方，也就是所謂粗略定向。配有粗略定向羅盤的陀螺儀，可用羅盤來

25、達(dá)到粗定向的目的。如在已知邊上測(cè)定儀器常數(shù)時(shí)，可利用已知邊的坐標(biāo)方位角及儀器站的子午線收斂角來直接尋找近似北方。當(dāng)在未知邊上定向，且儀器本身又無粗定向羅盤附件時(shí)，則可利用儀器本身來尋找北方。粗略定向最常用的方法為兩個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法。儀器在測(cè)站安置好后，將經(jīng)緯儀視準(zhǔn)軸大致擺在北方向后，啟動(dòng)馬達(dá)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，下放陀螺靈敏部，松開經(jīng)緯儀水平制動(dòng)螺旋，用手轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部跟蹤靈敏部的擺動(dòng)，使陀螺儀目鏡視場(chǎng)中移動(dòng)著的光標(biāo)像與分劃板零刻劃線隨時(shí)重合。當(dāng)接近擺動(dòng)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，光標(biāo)像移動(dòng)慢下來，此時(shí)制動(dòng)照準(zhǔn)部，改9用水平微動(dòng)螺旋繼續(xù)跟蹤，達(dá)到逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，讀取水平度盤讀數(shù)；松開制動(dòng)螺旋，按上1u述方法繼續(xù)向反方向跟蹤，到達(dá)另

26、一逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，再讀取水平度盤讀數(shù)。鎖緊靈敏部，2u制動(dòng)陀螺馬達(dá)，按下式近似北方在水平度盤上的讀數(shù)： （2.7）2121uuN轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，把望遠(yuǎn)鏡擺在讀數(shù)位置，在加上儀器常數(shù)和子午線收斂角，這時(shí)N視準(zhǔn)軸就指向了近似北方。此法大約在 10min 內(nèi)完成，指北精度可達(dá)到。32.3.3 精密定向精密定向就是精確測(cè)定已知邊和定向邊的陀螺方位角。精密定向方法可分為兩大類：一類是儀器照準(zhǔn)部處于跟蹤狀態(tài)，即多年來國(guó)內(nèi)外都采用的逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法；另一類是儀器照準(zhǔn)部固定不動(dòng)，國(guó)內(nèi)外研究和提出的方法很多。本文中我們重點(diǎn)研究第一類方法，即逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法。采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法觀測(cè)時(shí)，陀螺經(jīng)緯儀在一個(gè)測(cè)站的操作程序如下：嚴(yán)格整置經(jīng)緯儀，架上陀螺

27、儀，以一個(gè)測(cè)回定待定或已知測(cè)線的方向值，然后1將儀器大致對(duì)正北方。鎖緊擺動(dòng)系統(tǒng)，啟動(dòng)陀螺馬達(dá)，待達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，下放陀螺靈敏部，進(jìn)行粗2略定向。制動(dòng)陀螺并托起鎖緊，將望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸轉(zhuǎn)到近似北方位置，固定照準(zhǔn)部。把水平微動(dòng)螺旋調(diào)整到行程范圍的中間位置。打開陀螺照明，下放陀螺靈敏部，進(jìn)行測(cè)前懸?guī)Я阄挥^測(cè)，同時(shí)用秒表記錄自3擺周期。零位觀測(cè)完畢，托起并鎖緊靈敏部。3T啟動(dòng)陀螺馬達(dá)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，緩慢地下放靈敏部到半脫離位置，稍停數(shù)秒4鐘，再全部下放。如果光標(biāo)像移動(dòng)過快，再使用半脫離阻尼限幅，使擺幅大約在范圍為宜。用水平微動(dòng)螺旋微動(dòng)照準(zhǔn)部，讓光標(biāo)像與分劃板零刻劃線隨時(shí)重合，oo13即跟蹤。跟蹤要做到平

28、穩(wěn)和連續(xù)，切忌跟蹤不及時(shí)，例如時(shí)而落后于靈敏部的擺動(dòng)，時(shí)而又很快趕上或超前很多，這些情況都會(huì)影響結(jié)果的精度。在擺動(dòng)到達(dá)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，連續(xù)10讀取 5 個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)、。然后鎖緊靈敏部，制動(dòng)陀螺馬達(dá)。1u2u5u跟蹤時(shí)，還需要用秒表測(cè)定連續(xù)兩次同一方向經(jīng)過逆轉(zhuǎn)點(diǎn)的時(shí)間，稱為跟蹤擺動(dòng)周期。1T擺動(dòng)平衡位置在水平度盤上的平均讀數(shù)，稱為陀螺北方向值，用下式計(jì)算：TN （2.8）2311221uuuN （2.9）3422221uuuN （2.10）4533221uuuN （2.11）32131NNNNT陀螺儀相臨擺動(dòng)中值及間隔擺動(dòng)中值的互差，對(duì)級(jí)儀器應(yīng)分別不超過和。51 02 03 測(cè)后零位觀測(cè)，方法同測(cè)前零

29、位觀測(cè)。5以一測(cè)回測(cè)定待定或已知測(cè)線的方向值，測(cè)前測(cè)后兩次觀測(cè)結(jié)果的互差對(duì) J2 和6J6 級(jí)經(jīng)緯儀分別不得超過和。取測(cè)前測(cè)后兩測(cè)回的平均值作為測(cè)線方向值。01 52 逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法的記錄和計(jì)算列于表 2.1 和表 2.2 中,表 2.1 為測(cè)定儀器常數(shù)表,表 2.2 為測(cè)定井下陀螺定向邊的坐標(biāo)方位角表。表中的擺動(dòng)中值是按式（2.8）式（2.10）計(jì)算的。例如逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)欄中，先求得與的平均值，寫于兩值之間007573o 937573o 的括號(hào)里，即（） ，然后再與取平均值，得，記于中值欄5 .197573o 106575o 056574o 中。本例中因測(cè)前測(cè)后零位都不超過限差規(guī)定，故不必加零位改正。

30、11表表 2.12.1 測(cè)定儀器常數(shù)表測(cè)定儀器常數(shù)表儀器號(hào)：JT15測(cè)線名稱：WS44-WS45測(cè)線坐標(biāo)方位角：WS44-WS45=4.2533子午線收斂角：r= +0.04132序號(hào)日期測(cè)線地理方角測(cè)線陀螺方位角儀器常數(shù)vvv12004.11.264.294624.2446859.4-10.1102.0122004.11.265.294624.2449257-7.759.2932004.11.266.294624.245749.20.10.0142004.11.277.294624.2501844.44.924.0152004.11.278.294624.24582481.31.696200

31、4.11.279.294624.2508437.811.5132.25平均值49.3319.2612地點(diǎn)： WS44 測(cè)量日期： 2004.11.26 天氣： 晴 氣溫：5 振動(dòng)： 觀測(cè)：朱學(xué)軍測(cè)線： WS45 第 1 測(cè)回 儀器型號(hào)：WILD GAK-1 風(fēng)力：小 記錄：湯伏全表表 2.22.2 陀螺定向觀測(cè)手簿陀螺定向觀測(cè)手簿 （逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法）（逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法）逆 轉(zhuǎn) 點(diǎn) 讀 數(shù)測(cè) 線 方 向 讀 數(shù)左 方 中 值 右 方 測(cè) 前 測(cè) 后 73 57 00正 鏡0 40 300 40 3473 57 19.5 74 56 4875 56 16倒 鏡180 40 38180 40 2773 57 39

32、74 56 5075 56 01平 均0 40 340 40 3073 57 5374 56 49.575 55 46最終平均0 40 3273 58 07坐 標(biāo) 計(jì) 位 角 計(jì) 算平 均 值74 56 49 測(cè)線方向 值 0 40 32 測(cè) 前 零 位測(cè) 后 零 位陀螺北方向值74 56 49中 值中 值陀螺方位 角285 43 431.41.41.60.11.60.11.41.4平均值平均值附記13143 陀螺定向的誤差分析3.1 陀螺定向的誤差來源擺式陀螺經(jīng)緯儀的定向精度 ,通常是用一次定向中誤差來衡量。一般來說 ,陀螺經(jīng)緯儀的一次定向中誤差都在出廠時(shí)的精度指標(biāo)之內(nèi)工藝水平 ,出廠后震動(dòng)

33、和外界條件的都會(huì)影響定向的精度。 誤差來源與陀螺經(jīng)緯儀定向產(chǎn)生的誤差和觀測(cè)方法有關(guān)。若采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法 ,一條測(cè)線一次測(cè)定的程序?yàn)?（1）在己知方位角的基線上測(cè)定儀器常數(shù);（2）在定向邊上二測(cè)回測(cè)定測(cè)線方向值;（3）以 5 個(gè)擺動(dòng)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)測(cè)定子午線方向值 (陀螺北方向讀數(shù) ) ;測(cè)前和測(cè)后對(duì)懸?guī)Я阄坏臏y(cè)定。由觀測(cè)過程可知 ,對(duì)測(cè)前測(cè)后兩測(cè)回的測(cè)線方向取平均值得: (3.1)012LL后前（L）由 5 個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù) ,求算子午線方向值 (3.2)02345112343)Nuuuu1（u而測(cè)線的地理方位角為: (3.3)0ALL式中 L 為測(cè)線的陀螺方向值。分析 (3)式可知 ,影響定向精度的誤差可

34、分三大類:測(cè)定測(cè)線方向值的誤差 mL 0;測(cè)定陀螺北方向的誤差 m ;儀器常數(shù)誤差 m 。引起上述三類誤差的因素有許多 ,若將整個(gè)作業(yè)過程中各種誤差因素考慮進(jìn)去 ,則可以歸納出陀螺經(jīng)緯儀的定向誤差來源有:1、陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定方向值誤差;2、上架式陀螺儀與經(jīng)緯儀的連接誤差;3、懸掛帶零位變動(dòng)誤差；154、靈敏部擺動(dòng)平衡位置的變動(dòng)誤差；5、外界條件，如風(fēng)流、氣溫及震動(dòng)等因素的影響。 3.2 陀螺定向在貫通測(cè)量中的精度評(píng)定陀螺經(jīng)緯儀的定向精度主要以陀螺方位角一次測(cè)定中誤差rm和一次定向中誤差m表示。3.2.1 陀螺方位角一次測(cè)定中誤差在待定邊進(jìn)行陀螺定向前，陀螺儀需在地面已知坐標(biāo)方位角邊上測(cè)定儀器常數(shù)

35、。按煤礦測(cè)量規(guī)程規(guī)定，前后共需測(cè) 46 次，這樣就可以按白塞爾公式求算陀螺方位角一次測(cè)定中誤差，即儀器常數(shù)一次測(cè)定中誤差（簡(jiǎn)稱一次測(cè)定中誤差）為： 1Tmmn （3.4）式中 i儀器常數(shù)的平均值與各次儀器常數(shù)的差值; n測(cè)定儀器常數(shù)的次數(shù)。則測(cè)定儀器常數(shù)平均值的中誤差為： TTmmmn 平平 （3.5）3.2.2 一次定向中誤差由式（5）可知，井下陀螺定向邊（即待定邊）的坐標(biāo)方位角為： T平 （3.6）式中 T井下陀螺定向邊的陀螺方位角； 平儀器常數(shù)平均值;16 井下陀螺定向邊儀器安置點(diǎn)的子午線收斂角。所以一次定向中誤差可按下式計(jì)算： 222Tmmmm 平平 （3.7）式中 m平儀器常數(shù)平均值

36、中誤差； Tm平 待定邊陀螺方位角平均值中誤差; m確定子午線收斂角的中誤差。 因確定子午線收斂角的誤差m較小，可忽略不計(jì)，故上式可寫為： 22Tmmm 平平 （3.8） 3.3 陀螺定向在貫通測(cè)量中導(dǎo)線的平差由于目前陀螺經(jīng)緯儀的定向精度在 之間，所以陀螺定向邊不能完全作為堅(jiān)1560強(qiáng)邊來控制和基本導(dǎo)線（陀螺定向可以控制導(dǎo)線） ，因而陀螺定向邊應(yīng)和7151515導(dǎo)線邊一起聯(lián)合平差。下面介紹兩種類型的陀螺定向?qū)Ь€的平差方法。3.3.1 具有兩條陀螺定向邊導(dǎo)線的平差 圖 31 中的 AB 及 CD 邊為陀螺定向邊，其坐標(biāo)方位角分別為與，平差步驟如下：1217 圖 3.1 具有兩條陀螺定向邊的導(dǎo)線的

37、平差示意圖(1) 求算陀螺定向邊 AB 與 CD 的定向中誤差與及導(dǎo)線測(cè)角中誤差1m2mm 與可按式（8）式求算，或按閉合導(dǎo)線的閉合要求，或按雙次觀測(cè)列求得。1m2mm（2） 按條件觀測(cè)平差，列出角改正條件方程式 如圖 31 所示，導(dǎo)線的角閉合差為： 1212180nnW 改正數(shù)條件方程式為： 12120nW式中 、分別為陀螺定向邊坐標(biāo)方位角、的改正數(shù);1212 、導(dǎo)線中角度、的改正數(shù)；12n12n 導(dǎo)線中角度個(gè)數(shù)。n（3）確定定向邊方位角和角度的權(quán) 當(dāng)?shù)染扔^測(cè)時(shí)，取導(dǎo)線的測(cè)角中誤差為單位權(quán)中誤差。即（因?yàn)閙01p） ，則定向邊方位角的權(quán)為：22pm18 1122mPm2222mPm（3.9

38、） 權(quán)倒數(shù)為： 111qp221qp（3.10） （4）組成法方程式 0NKW其中 12Nnqq（3.11）解法方程得 WKN （3.12）（5）計(jì)算各改正數(shù) 導(dǎo)線各角度的改正數(shù)為： 12nK（3.13）定向邊 AB 的方位角的改正數(shù)為：1 11q K（3.14）定向邊 CD 的方位角的改正數(shù)為：2 22q K （3.15）將各觀測(cè)值加入所求得的相應(yīng)的改正數(shù)，就可以得到各方位角和導(dǎo)線角的最或是19值。3.3.2 具有三條陀螺定向邊導(dǎo)線的平差如圖 3-2 所示，AB、CD、EF 為陀螺定向邊，其相應(yīng)的坐標(biāo)方位角為1、2、3，這時(shí)可將整個(gè)導(dǎo)線分為兩部分，即導(dǎo)線 I 和導(dǎo)線 II。平差步驟如下： 圖

39、 3.2 具有三條陀螺定向邊的導(dǎo)線的平差示意圖（1） 求定向邊定向中誤差及測(cè)角中誤差陀螺定向邊 AB、CD、EF 的定向中誤差1m、2m、3m及導(dǎo)線測(cè)角中誤差m（等精度觀測(cè)時(shí)）的計(jì)算方法同前。（2）按條件觀測(cè)平差列出改正數(shù)條件方程式 導(dǎo)線 I、II 的角度閉合差為： 121211180nnW。 231222180nnW。改正數(shù)條件方程式為： 121210nW 231220nW式中 1、2、3分別為陀螺定向邊坐標(biāo)方位角1、2、3的改正數(shù); 1、2、n導(dǎo)線 I 中角度1、2、n的改正數(shù);20 1、2、n導(dǎo)線 II 中角度1、2、n的改正數(shù); 1n、 2n分別為導(dǎo)線 I、II 中角度的個(gè)數(shù)。 （3）

40、確定定向邊方位角和角度的權(quán) 當(dāng)導(dǎo)線等精度觀測(cè)時(shí)，取導(dǎo)線的測(cè)角中誤差m為單位權(quán)中誤差，即p=1，則定向邊坐標(biāo)方位角的權(quán)為： 1122mPm 2222mPm 3322mPm （3.16）權(quán)倒數(shù)為： 111qp 221qp 331qp （3.17） （4）組成法方程式 112210N Kq KW 212220q KN KW式中 11122223NnqqNnqq （3.18）解法方程式，求得 222112212q WN WKqN N 211212212q WNWKqN N （3.19） （5）計(jì)算各改正數(shù)導(dǎo)線 I 各角度的改正數(shù)為：21 121nK （3.20）導(dǎo)線 II 各角度的改正數(shù)為： 122n

41、K （3.21）陀螺定向邊方位角的改正數(shù)為： 1231112212323()()q Kqq KKqq Kq （3.22）（6）計(jì)算各觀測(cè)值的最或是值 設(shè)01、02、03為定向邊方位角的最或是值，01,2, ,n，01,2, ,n分別為導(dǎo)線I、II 各角度最或是值，0、 0為導(dǎo)線 I、II 各角度最或是值之和，則有： 1011; 2022; 3033 01,2, ,1,2, ,nn; 001,2, ,1,2, ,nn 01n ; 02n 具有多個(gè)陀螺定向邊導(dǎo)線的平差仍可按上述原則進(jìn)行，只不過多列幾個(gè)法方程式。224 陀螺定向在貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析4.1 陀螺定向在道路貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析

42、4.1.1 工程概況綠木寨隧道為襄渝二線上的一個(gè)重要隧道，兩端由曲線方式進(jìn)入洞內(nèi)（如綠木寨貫通示意圖所示） ，在直線段貫通，為保證襄渝二線綠木寨隧道的準(zhǔn)確貫通，中鐵十八局六公司襄渝二線第二項(xiàng)目部委托西安科技大學(xué)測(cè)量工程系對(duì)其洞內(nèi)進(jìn)口方向（J16J15）和出口方向（A17A19）分別做一條陀螺定向邊，以檢測(cè)隧道在平面內(nèi)的貫通方向的正確性，并對(duì)貫通誤差進(jìn)行預(yù)計(jì)，其中 JK1G501 邊為地面控制網(wǎng)陀螺起算邊，XW 為地面控制網(wǎng)陀螺檢測(cè)邊。圖 4.1 綠木寨隧道貫通示意圖4.1.2 陀螺定向技術(shù)根據(jù)工程施工的要求，雙方協(xié)商決定采用現(xiàn)行煤礦測(cè)量規(guī)程 （能源煤總198925 號(hào)）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施測(cè)，對(duì)精度不

43、能滿足工程施工要求的地方，由雙方協(xié)商提出提高施測(cè)精度的措施以保證相應(yīng)的施測(cè)精度。具體如下：231施測(cè)等級(jí)：一測(cè)回測(cè)量陀螺方位角中誤差15級(jí)。2儀器：瑞士 Wild GAK1-26262。3觀測(cè)方法及施測(cè)程序：逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，222，三天內(nèi)全部施測(cè)完畢。4觀測(cè)精度指標(biāo)：表表 4.14.1 觀測(cè)精度指標(biāo)觀測(cè)精度指標(biāo)精 度等 級(jí)測(cè)線方向值互差零位互差相鄰擺動(dòng)中值互差間隔擺動(dòng)中值互差測(cè)回陀螺方位角互差15100.2 格203040其它遵照現(xiàn)行煤礦測(cè)量規(guī)程執(zhí)行或雙方協(xié)商的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。5.已有資料已知資料由中鐵十八局六公司襄渝二線第二項(xiàng)目部提供，如下所示：（1）地面平面控制網(wǎng)的已知邊 JK1G501： JK1

44、 點(diǎn)坐標(biāo)： X：3599304.168m， Y：550620.098mG501 點(diǎn)坐標(biāo)： X：3599714.183m， Y：550721.157m 坐標(biāo)方位角：1 501= 135045.86JK1 點(diǎn)子午線收斂角：1= 01722.543（2）各施測(cè)點(diǎn)的子午線收斂角： 進(jìn)口 J16J15 點(diǎn)：J16 點(diǎn)施測(cè)坐標(biāo)為：X：3597908.569m， Y：548041.330mJ15 點(diǎn)施測(cè)坐標(biāo)為：X：3597947.600m， Y：548249.723mJ16J15 的施測(cè)坐標(biāo)方位角為：16 15= 792330.06 J16 點(diǎn)子午線收斂角：16= 01628.95624 出口 A17A19

45、 點(diǎn)：A17 點(diǎn)施測(cè)坐標(biāo)為：X：3597536.855m， Y：546102.010mA19 點(diǎn)施測(cè)坐標(biāo)為：X：3597588.129m， Y：546369.612mA17A19 的施測(cè)坐標(biāo)方位角為：17 19= 790911.8 A17 點(diǎn)子午線收斂角： 17 = 01548.914（3） 出口地面平面控制網(wǎng)的已知邊 XW： X 點(diǎn)坐標(biāo)為：X：3597687.325m， Y：544614.808m W 點(diǎn)坐標(biāo)為：X：3597532.194m， Y：544515.581m XW 的施測(cè)坐標(biāo)方位角為： = 2123615.65X 點(diǎn)子午線收斂角：= 01518.352 X 點(diǎn)：出口修車屋頂點(diǎn)，W

46、 點(diǎn)：出口修車屋對(duì)面屋頂點(diǎn)注：以上坐標(biāo)方位角和子午線收斂角均為北京 54 坐標(biāo)系，Y 坐標(biāo)不含帶號(hào)，其值包含500KM 的常數(shù)。4.1.3 精度評(píng)定1陀螺方位角一次測(cè)定中誤差 = 1= 8.52測(cè)定儀器常數(shù)平均值中誤差： = ( 1)= 3.53井下陀螺方位角一次測(cè)定中誤差：= /2 = 0.94井下陀螺方位角一次定向中誤差：= 2+ 2=3.52+ 0.92= 3.6定向成果25表表 4.24.2 陀陀 螺螺 定定 向向 成成 果果 表表定 向 地 點(diǎn)定 向 邊坐標(biāo)方位角測(cè)定精度備 注進(jìn)口J16J15792326.473.6出口A17A19 790832.523.6一測(cè)回測(cè)量陀螺方位角中誤差

47、：8.54.1.4 工程分析1本次陀螺定向按一測(cè)回測(cè)量陀螺方位角中誤差15，用瑞士 Wild GAK1-26262陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行施測(cè)，采用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，222。本次測(cè)量進(jìn)口方向 J16J15 邊坐標(biāo)方位角符合情況較好，其差值在坐標(biāo)方位角測(cè)定的誤差范圍之內(nèi)，可以認(rèn)定基本上與原設(shè)計(jì)方案相符，不存在偏差。在出口方向 A17A19 邊坐標(biāo)方位角偏差值為-39.28，其差值較大。如下圖所示：圖 4.2 偏差示意圖考慮到 A17 點(diǎn)至 J16 點(diǎn)間的直線距離約為 1975m，如果兩邊的施工進(jìn)度一樣的話，則它們?cè)谥悬c(diǎn)處貫通，則其貫通誤差（取 3 倍中誤差為極限誤差）為：= 39.28/206264 19752

48、3 = 0.56426偏差方向?yàn)?A17A19 方向偏右，亦即進(jìn)洞方向偏左。2本次陀螺定向有兩條陀螺定向邊，在進(jìn)洞方向和出洞方向各一條。由于陀螺定向邊選擇位置的比較好，所以使陀螺定向的精度比較高。4.2 陀螺定向在礦山貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析4.2.1 工程概況陳巴爾虎天寶礦業(yè)有限責(zé)任公司所屬謝爾塔拉鐵鋅礦為一新建礦，為保證礦井井巷的正確開拓和巷道的準(zhǔn)確貫通，委托西安科技大學(xué)測(cè)量工程系對(duì)其礦區(qū)的地面一條邊和南風(fēng)井 460 水平、南風(fēng)井 520 水平、措施井 460 水平、措施井 520 水平、主井 280 水平各一條邊共計(jì)六條進(jìn)行陀螺定向，確定各水平中段井巷開拓工程起始邊的坐標(biāo)方位角。受施工進(jìn)

49、度的影響，井下定向邊的長(zhǎng)度大多不足五十米，甚至個(gè)別邊只有十幾米長(zhǎng)。在本次陀螺定向觀測(cè)過程中及以后的日常測(cè)量過程中，對(duì)中誤差及瞄準(zhǔn)誤差對(duì)測(cè)量成果有較大的影響。這方面的誤差在本次陀螺定向成果中無法有效反映出來。4.2.2 陀螺定向技術(shù)根據(jù)工程施工的要求，雙方協(xié)商決定采用現(xiàn)行煤礦測(cè)量規(guī)程 （能源煤總198925 號(hào)）為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施測(cè)，對(duì)精度不能滿足工程施工要求的地方，由雙方協(xié)商提出提高施測(cè)精度的措施以保證相應(yīng)的施測(cè)精度。具體如下：1施測(cè)等級(jí)：一測(cè)回測(cè)量陀螺方位角中誤差15級(jí)。2儀器：瑞士 Wild GAK1-26262。3觀測(cè)方法及施測(cè)程序：逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，222，三天內(nèi)全部施測(cè)完畢。4觀測(cè)精度指標(biāo)：表表

50、4.34.3 觀測(cè)精度指標(biāo)觀測(cè)精度指標(biāo)27精 度等 級(jí)測(cè)線方向值互差零位互差相鄰擺動(dòng)中值互差間隔擺動(dòng)中值互差測(cè)回陀螺方位角互差15100.2 格203040其它遵照現(xiàn)行煤礦測(cè)量規(guī)程執(zhí)行。5已有資料已知資料由陳巴爾虎天寶礦業(yè)有限責(zé)任公司提供，如下所示：（1）礦井地面平面控制網(wǎng)的已知邊方位角：坐標(biāo)方位角：7.43406343 GKGK測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角：5583 GK（2）各施測(cè)點(diǎn)的子午線收斂角： 南風(fēng)井 460 水平：329460 ANF 南風(fēng)井 520 水平：329520 ANF 措施井 460 的水平：309460 AC 措施井 520 的水平：309520 AC 主井 280 水平：009

51、280 AZ注：以上坐標(biāo)方位角和子午線收斂角均為北京 54 坐標(biāo)系。4.2.3 精度評(píng)定在本次外業(yè)觀測(cè)過程中，由于室外溫度較低，地表冰層持續(xù)融化，對(duì)在地表的已知邊陀螺定向觀測(cè)有一定的影響。在井下定向邊測(cè)量時(shí)，部分施測(cè)地點(diǎn)的淋水較大、鄰近的振動(dòng)等對(duì)最終的觀測(cè)和以后的日常測(cè)量工作均有一定的影響。1陀螺方位角一次測(cè)定中誤差4 .131nvvm2測(cè)定儀器常數(shù)平均值中誤差：287 . 6) 1(nnvvM3井下陀螺方位角一次測(cè)定中誤差：1 . 62/nddMT4井下陀螺方位角一次定向中誤差：1 . 91 . 67 . 62222TMMM5地面 GK3GK1 的測(cè)定精度：9 . 0) 1(nnvvM定向成

52、果：表表 4.44.4 陀陀 螺螺 定定 向向 成成 果果 表表定 向 地 點(diǎn)定 向 邊坐標(biāo)方位角測(cè)定精度備 注地面 GK3GK3GK4630444地面已知邊地面 GK3GK3GK134030140.9地面邊南風(fēng)井 460 水平NF460ANF460B16329109.1南風(fēng)井 520 水平NF520ANF520B15155429.1措施井 460 水平C460AC460B11551029.1措施井 520 水平C520AC520B29429539.1主井 280 水平Z280AZ280B15309429.1一測(cè)回測(cè)量陀螺方位角中誤差：13.44.2.4 工程分析29通過把陀螺經(jīng)緯儀定向應(yīng)用在

53、貫通測(cè)量中 ,又結(jié)合該公司幾個(gè)礦應(yīng)用陀螺經(jīng)緯的情況 ,效果都很好 ,初步可以得到如下結(jié)論。1.對(duì)于兩立井間的大型貫通 ,可用陀螺經(jīng)緯儀定向 ,單鋼絲導(dǎo)坐標(biāo)進(jìn)行立井聯(lián)系測(cè)量 ,能夠滿足貫通要求 ,同幾何定向相比 , 是技術(shù)上的進(jìn)步 ,省工、 省力、 省物 ,又不受條件和時(shí)間限制。2.大型貫通可用陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行檢查 ,作為貫通依據(jù)。3.在采用陀螺定向進(jìn)行貫通測(cè)量時(shí) ,可以采用以下檢查措施。（1） 在貫通的另一邊加測(cè)陀螺邊 ,使貫通的兩邊為同一控制系統(tǒng)。（2） 根據(jù)井下導(dǎo)線長(zhǎng)度及導(dǎo)線網(wǎng)形狀 ,選擇最佳位置加測(cè)陀螺邊 ,進(jìn)行檢查和校正。（3） 為了避免鋼絲傳遞坐標(biāo)出現(xiàn)粗差 ,應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行兩次陀螺經(jīng)緯儀定

54、向。利用陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定向 ,精度可靠 ,使該公司幾個(gè)大型貫通順利貫通 ,在今后測(cè)量中廣泛應(yīng)用陀螺經(jīng)緯儀定向 ,努力的方向是提高陀螺經(jīng)緯儀定向的精度。4.3 陀螺定向在水利貫通測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析4.3.1 項(xiàng)目概況受黑龍江省水利水電工程總公司北京西四環(huán)一標(biāo)項(xiàng)目部委托，西安科技大學(xué)測(cè)量系承擔(dān)了南水北調(diào)工程北京西四環(huán)一標(biāo)段共十個(gè)施工點(diǎn)的貫通測(cè)量復(fù)驗(yàn)工作。根據(jù)工程規(guī)模和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查決定采用陀螺定向的方法對(duì)位于隧道內(nèi)的導(dǎo)線進(jìn)行坐標(biāo)方位角的檢查，并對(duì)一、二號(hào)立井重新做聯(lián)系測(cè)量，進(jìn)行全面復(fù)測(cè)檢查，以滿足貫通測(cè)量復(fù)驗(yàn)的檢查工作，并提高井下導(dǎo)線的測(cè)量精度，確保該標(biāo)段的引水隧道準(zhǔn)確貫通。4.3.2

55、 陀螺定向技術(shù)根據(jù)工程施工的要求和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，雙方協(xié)商制定了隧道貫通測(cè)量技術(shù)要求，并以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施測(cè)，對(duì)精度不能滿足工程施工要求的地方，雙方將協(xié)商提出相應(yīng)提高施測(cè)精度的措施保證相應(yīng)的施測(cè)精度。根據(jù)隧道貫通測(cè)量技術(shù)要求和相應(yīng)的現(xiàn)行貫通測(cè)量技術(shù)要求，制定主要的技術(shù)要求如下：1陀螺定向的施測(cè)技術(shù)要求(1) 施測(cè)等級(jí)：30一測(cè)回測(cè)量陀螺方位角中誤差15級(jí)；(2) 儀器：瑞士 WILD GAK1 陀螺經(jīng)緯儀；(3) 觀測(cè)方法及施測(cè)程序：逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，222，三天內(nèi)施測(cè)完畢；(4) 觀測(cè)精度指標(biāo)：表表 4.5 觀測(cè)精度指標(biāo)觀測(cè)精度指標(biāo)精 度等 級(jí)測(cè)線方向值互差零位互差相鄰擺動(dòng)中值互差間隔擺動(dòng)中值互差測(cè)回

56、陀螺方位角互差15100.2 格203040其它未盡事項(xiàng)，雙方將根據(jù)工程施測(cè)要求，協(xié)商制定并執(zhí)行。2. 聯(lián)系測(cè)量的技術(shù)要求以不低于甲方的導(dǎo)線施測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一、二號(hào)立井進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量，并以加測(cè)陀螺邊的一井定向的方案進(jìn)行井下導(dǎo)線的解算。3已有資料由黑龍江省水利水電工程總公司北京西四環(huán)一標(biāo)項(xiàng)目部提供的已知數(shù)據(jù)如下所示（1）地面已知邊的坐標(biāo)：203：x = 302331.697m，y = 492873.650m202：x = 302190.948m，y = 492879.808m坐標(biāo)方位角1492177202203 注：以上坐標(biāo)及方位角為施工坐標(biāo)系。（2）聯(lián)系測(cè)量的地面已知點(diǎn)數(shù)據(jù)：2#立井地面已知點(diǎn)：203

57、： x = 302331.697m，y = 492873.650m轉(zhuǎn) 1： x = 302318.711m，y = 492851.846m1#立井地面已知點(diǎn)：103： x = 301367.754m， y = 493081.608m31102： x = 301286.528m， y = 493100.738m進(jìn)口井已知點(diǎn)：右鋼板 3： x = 300882.134m， y = 493096.544m左鋼板 5： x = 300953.808m， y = 493138.168m4.3.3 陀螺定向精度評(píng)定1一次測(cè)定中誤差由已知邊的陀螺方位角值計(jì)算，其值如下：5 . 51 TTnvvm儀器常數(shù)平均

58、值中誤差：8 . 2T TTnmm平22#井左隧道：T1S1 坐標(biāo)方位角的中誤差：8 . 222S1T1 TiTmmm平32#井右隧道：T2S2 坐標(biāo)方位角：2 . 322S2T2 TiTmmm平41#井左隧道：T1N1 坐標(biāo)方位角：9 . 222N1T1 TiTmmm平51#井右隧道：T2N2 坐標(biāo)方位角：2 . 322N2T2 TiTmmm平6進(jìn)口井左隧道：左鋼板 5左鋼板 4 坐標(biāo)方位角： 8 . 22245 TiTmmm平左鋼板左鋼板7進(jìn)口井右隧道：右鋼板 3右鋼板 4 坐標(biāo)方位角：2 . 32243 TiTmmm平右鋼板右鋼板4.3.4 坐標(biāo)解算及成果對(duì)比分析321. 1#立井的施測(cè)

59、示意圖如下：圖 4.3 1#立井的施測(cè)示意圖其中 T1N1 和 T2N2 邊為陀螺定向邊，采用一井陀螺定向方案解算T1、T2、N1、N2、S1、S2 點(diǎn)的坐標(biāo)。表表 4.6 各點(diǎn)坐標(biāo)各點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)名X(mm)Y(mm)T1301337.1235493124.5793T2301340.4092493136.1210N1301467.6554493090.0682S1301195.7570493164.2860N2301470.5139493096.8442S2301199.8326493177.49942. 2#立井的施測(cè)示意圖如下：33圖 4.4 2#立井的施測(cè)示意圖其中 T1S1 和 T2S2

60、邊為陀螺定向邊，采用一井陀螺定向方案解算T1、T2、N1、N2、S1、S2 點(diǎn)的坐標(biāo)。表表 4.74.7 各點(diǎn)坐標(biāo)各點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)名X(mm)Y(mm)T1302319.9286492902.2483S1302118.7096492921.8036N1302542.0983492902.5972T2302319.9092492914.0317S2302119.1735492934.0658N2302526.7561492914.72663. 進(jìn)口井施測(cè)示意圖如下：圖 4.5 進(jìn)口井施測(cè)示意圖其中 L5L4 和 R3R4 為陀螺定向邊，L5（左鋼板 5）與 R3（右鋼板 3）為坐標(biāo)已知點(diǎn)，L4（左鋼板