談陀螺儀在豎井定向測量中精度問題

1、談陀螺儀在豎井定向測量中精度問題 談陀螺儀在豎井定向測量中精度問題 【摘要】本文分析探討了陀螺經(jīng)緯儀在豎井礦山中的實施應(yīng)用，并就如何提高陀螺經(jīng)緯儀定向效率的方法提出了幾點意見，以供同行參考 【關(guān)鍵詞】陀螺儀 豎井定向 測量 前言： 所謂礦井定向測量就是把地面的方向、座標(biāo)通過豎并是一種不受外界條件限制，可以全天候獨立測定真北方位的精密定向儀器，主要用于指導(dǎo)煤礦井下陀螺定向、地鐵以及大型隧道的貫穿等定向工作。其觀測成果的精度除了與儀器自身精度、觀測者的觀測水平和操作熟練程度有關(guān)外，還受計算的影響。陀螺定向測量由2個過程完成：井上測定儀器常數(shù)，井下測定陀螺邊坐標(biāo)方位角。一般井上工作就是用陀螺全站儀測

2、定某一邊的陀螺方位角，理想情況下，陀螺軸擺動的平衡位置應(yīng)和測站真子午線方向一致，此時陀螺方位角即為地理方位角。但是由于陀螺軸、全站儀視準(zhǔn)軸和陀螺儀目鏡光軸不在同一豎直面內(nèi)，因此，陀螺全站儀測定的陀螺方位角和地理方位角存在一個差值，該差值即為儀器常數(shù)，可通過地面邊坐標(biāo)方位角和陀螺方位角的計算求出，而陀螺方位角即為地面點測線方向值與陀螺子午線方向和零位改正值的差值。零位改正值反映了陀螺全站儀在整個測量過程中的穩(wěn)定性，一般情況下很小可以忽略，但是某些情況下必須進行改正，以保證測量結(jié)果的可靠性。 一、陀螺經(jīng)緯儀在豎井礦山中的應(yīng)用 過去，礦山地面控制網(wǎng)的起算邊方位角多用夭文定向方法測定，豎井定向測量采用

3、在井筒中懸掛鋼絲懸錘的幾何定向方法。有的通過一個豎井懸掛兩根鋼絲懸錘的單井幾何定向法，有的通過二個豎井懸掛鋼絲懸錘的兩井幾何定向法，用來實現(xiàn)地面和井下的聯(lián)系側(cè)量，使其到達坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一這種幾何定向的方法要占用井筒，影響生產(chǎn)，作業(yè)效率低，定向設(shè)備繁雜笨重，由于井筒內(nèi)氣流及滴水對鋼絲懸錘的影響，使鋼絲失去平衡，對定向精度影響很大。特別是單井定向，通過一個井筒下放兩根鋼絲懸錘，其間距非常短，精度更差。在進行深井定向時，更為困難，當(dāng)井深在500米以上時，根據(jù)實驗資料看，鋼絲懸錘的擺動不再符合簡諧運動規(guī)律，投點誤差很大，從而引起的投向誤差也很大，定向時即使加倍細(xì)心作業(yè)，也難得到滿意的結(jié)果。 圖1 幾何定

4、向法單井定向 使用陀螺經(jīng)緯儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)的幾何定向，上述問題不再存在。陀螺經(jīng)緯儀定向不占用井筒，故不影響生產(chǎn)。目前使用的陀螺經(jīng)緯儀全套儀器重量約20公斤，只需3-4人協(xié)同作業(yè)，一冰定向用30分鐘左右，提高工作效率幾十倍。 二、陀螺經(jīng)緯儀定向的實施 用陀螺經(jīng)緯儀定向，就是利用陀螺儀的自動尋北的特性，定出真北方向，然后根據(jù)給定的測線方位角定出測線的方向。用陀螺經(jīng)緯儀進行洞內(nèi)定向測量的主要工作內(nèi)容有：在地面上的導(dǎo)線上測量儀器常數(shù)；在洞內(nèi)待定邊上測定該邊的陀螺方位角；計算子午線收斂角及待定邊的坐標(biāo)方位角；定向精度評定。 三、提高陀螺經(jīng)緯儀定向效率的方法 1、經(jīng)常測定儀器常數(shù)，測前、測后不必去野外測定儀器常

5、數(shù) 陀螺經(jīng)緯儀的儀器常數(shù)E定義為天文方位角與陀螺經(jīng)緯儀讀數(shù)設(shè)備讀出的方位角之差。 當(dāng)儀器在一個測區(qū)使用時，用來測定常數(shù)的邊的天文方位角是不變的。陀螺經(jīng)緯儀讀出的方位角值那么主要與儀器的結(jié)構(gòu)參數(shù)是否變化以及定向測量誤差有關(guān)。經(jīng)常與固定邊比測，確知儀器常數(shù)是否變化，在室內(nèi)建立一條高精度的固定邊，經(jīng)常與該邊比測。使固定邊的方位角誤差很小。高精度邊是由帶有強制對中的室內(nèi)儀器墩A和室內(nèi)或室外永久性固定的照準(zhǔn)目標(biāo)B所構(gòu)成的固定邊AB，儀器墩上安置陀螺經(jīng)緯儀。照準(zhǔn)目標(biāo)可以是照準(zhǔn)誤差特小的特別繪制的小型標(biāo)志或固定目標(biāo)，也可以采用平行光管。室內(nèi)測定常數(shù)的應(yīng)用。對于范圍不大的地區(qū)，長度不超過1 km，可以不考慮子

6、午線收斂角改正，直接采用該常數(shù)值。但在不同緯度、地區(qū)使用時，要重新測定儀器常數(shù)。減少定向的測回數(shù)一個測回測定精確的初定向方向，接著一個測回作定向。定向結(jié)果的精度可以到達優(yōu)于5 s。在測量現(xiàn)場解決所有問題。減少定向前的等待時間為解決從冷處到熱處測量時，水蒸氣在陀螺經(jīng)緯儀外表結(jié)露問題，可以將儀器保管在一個帶超溫保護的恒溫箱中，設(shè)定的溫度比定向現(xiàn)場的溫度略高，在現(xiàn)場就不必等待。減少現(xiàn)場風(fēng)流環(huán)境處理和協(xié)調(diào)工作的等待。 2、 將現(xiàn)有儀器改造成為高精度自動陀螺經(jīng)緯儀 目前，我國民用自動陀螺經(jīng)緯儀和高精度自動陀螺經(jīng)緯儀沒有批量生產(chǎn)。市場上原有一種精度為6 s、報價為180萬元的國外儀器，現(xiàn)在也沒有了。擁有A

7、GT-1這種高精度自動陀螺經(jīng)緯儀的單位寥寥無幾。以上措施對于非自動陀螺經(jīng)緯儀雖然也可參考使用，但是，最好的方法是將用戶已經(jīng)擁有的非自動陀螺經(jīng)緯儀改造成為高精度自動陀螺經(jīng)緯儀。不管是國產(chǎn)的還是進口的，新的或舊的，只要儀器是好的或能夠修好的，能夠到達一定精度的都可以改制。 我國各類礦山和隧道施工單位擁有GAK-1與JT15等非自動陀螺經(jīng)緯儀不下數(shù)百臺，如果有半數(shù)以上的儀器能夠改造成為高精度自動陀螺經(jīng)緯儀，那么不但充分利用了資源，還將使我國高精度自動陀螺經(jīng)緯儀的擁有量和應(yīng)用水平迅速提高到國際先進水平，更會給使用單位帶來很大的經(jīng)濟效益。 3、進一步提高測量工作效率，定位定向一起做 當(dāng)前，有學(xué)者研制了一

8、種AFS-1自動陀螺快速定位定向系統(tǒng)，它是由掌上電腦控制的自動陀螺經(jīng)緯儀、2 s、電子全站儀和專用快速定位定向軟件等構(gòu)成的系統(tǒng)。也具有只需要擺一次儀器，后視一個坐標(biāo)點上的反射棱鏡就能夠迅速確定電子全站儀的三維坐標(biāo)并立即開始電子全站儀所能夠進行的所有工作的優(yōu)異性能。在地鐵盾構(gòu)掘進、礦井和隧道測量、礦山緊急救援、大型船艦艙內(nèi)設(shè)備安裝的精確定位定向，城市街區(qū)的地籍測量等測量工作中能高效率地工作。 4、修訂規(guī)程 正如電子全站儀取代光電測距儀一樣，目前已經(jīng)很少用光電測距儀了。過去測量規(guī)程嚴(yán)格要求的人工記錄，也已經(jīng)被電子自動記錄取代。人們的觀念也已經(jīng)逐漸接受了這些進步。新儀器的出現(xiàn)，勢必要有適應(yīng)新儀器的工作規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)。在適當(dāng)?shù)臅r候修訂陀螺定向規(guī)程，增加自動陀螺經(jīng)緯儀定向局部，增加建室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)方向和提高自動陀螺經(jīng)緯儀定向效率的相關(guān)條款。 參考