解析矿山测量中陀螺全站仪的应用

黄廷阳

摘 要：随着时代的进步和社会经济的发展，我国矿山行业发展迅速，矿山测量受到了越来越多人的重视。因为陀螺全站仪具有一定的优势，所以，它被广泛应用到矿山测量工作中。在具体的实践过程中，要重视陀螺全站仪的操作技术和环境，因为这两个因素会直接影响测量精度。简要分析了矿山测量中陀螺全站仪的应用，希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：矿山测量；陀螺全站仪；应用；测量精度

中图分类号：TD178 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）13-0006-02

陀螺全站仪结合了陀螺仪和全站仪的特性，定向时，它主要借助高速旋转的陀螺的指北特性，因为时间或环境因素不会限制它的使用，所以，观测工作较为简单，工作效率较高，并且定向精度较高。在超深越界检查中，开采巷道的测量是最主要的工作。在巷道测量的过程中，主要借助全站仪进行井下导线测量，以便向井下引入地面坐标系统。在立井联系测量和高精度定向方面，借助陀螺仪定向可以将具体信息引入坐标系统中。本文以南方为例，本省的矿井规模较小，在联系测量小型矿井时，因为井田面积较小，一翼较短，并且井筒直径较小，巷道较矮，所以，如果采用立井几何定向技术，难度会比较大，会增大井下导线测量的误差值。因此，在立井联系测量和井下导线测量工作中，可以利用陀螺全站仪，它的使用提高了方位测量的精度。

1 陀螺仪的定向方法

在地球自转的作用下，陀螺仪在高速旋转的过程中，在真北方向会出现往返摆动的情况，这种运动就是阻尼运动，摆动的平衡位置是真北方向。正是因为陀螺全站仪的这个特性，所以，在精确的定向观测中经常会用到它，并且还会应用逆转点法和中天法。

1.1 逆转点法定向

逆转点是指在反转位置，发生在陀螺转子摆动曲线摆动方向上的点。逆转点法的定向原理是利用全站仪照准部对摆动着的陀螺转子进行连续跟踪，并且在光标线的多个左右逆转点处对全站仪水平度盘的读数进行记录，然后将这些水平度盘读数综合起来寻求苏勒平均值，这样就可以求出真北方向在度盘上对应读数的位置，并确定真北方向。

1.2 中天法定向

中天法定向技术是观测陀螺仪的运转，确定近似北方的方向，然后读记摆动的指标线反复经过划线板零线的时间，并且将到达东、西逆转点时的水平度盘读数也纳入读记范围。经过一系列的计算就可以获取近似北方方向的改正数，进而确定测站的真北方向。

2 陀螺全站仪精度分析

一般情况下，如果利用陀螺全站仪来定向，那么它的观测方法就很容易导致误差出现。在实际工作中，陀螺定向采用的方法是跟踪逆转点法，具体的操作步骤是：如果已知点精度较高，就可以测定仪器常数。在定向边上对陀螺方位角进行测量，其中的很多因素都会导致跟踪逆转点法出现误差。在陀螺定向的过程中，需要综合考虑各种影响的因素，具体来讲，包括以下内容。

2.1 全站仪测定方向的误差

通过调查发现，全站仪测定方向的误差包括许多方面，比如对中整平误差、逆转点观测确定陀螺北方向的误差。其中，跟踪瞄准误差和读数误差等都属于逆转点观测误差。

2.2 陀螺仪和全站仪的连接误差

在具体定向工作中，需要连接陀螺仪和全站仪。在连接之前，需要进行拆装，这样就很容易出现方向误差。

2.3 悬挂带零位变动误差

陀螺摆动系统的指向在一定程度上会受到悬挂带的阻碍作用。在实际观测过程中，为了消除悬挂带扭力的影响，可以利用跟踪的方法。其实，很多因素都会导致零位变动，比如悬挂带材料力学性质、陀螺运转造成的升温和气候变化等。

3 通过分析明确测量措施

为了深入了解陀螺全站仪定向测量的方法和精度影响情况，笔者选择了一个固定测站，将一个固定方向作为已知点，然后应用逆转点法反复试验，确定真北方向，并且探索真北方向的定向精度。

通过试验可知，在逆转点法定向的过程中，定向精度受跟踪操作和外界条件的影响。为了避免这些非仪器因素造成的影响，可以将这些措施应用到实际操作过程中，选择天气晴朗、无风的条件下进行测量，稳定安置仪器，精确对中整平。粗略定向后，在陀螺北方向上安置全站仪，严格控制最大偏差，然后将陀螺房慢慢放下，严格控制其摆幅。在对逆转点进行跟踪测量时，要重视水平微动速率引起的悬带扭矩的变化率，要均匀地摆动。在减慢摆速的过程中，要均匀减小微动速度，并且尽量重合。在没有到达逆转点时，不允许出现反向微动，这样隙动和悬带扭矩就不会产生，否则定向精度就会受到较大的影响。对逆转点读数中值（用ma来表示逆转点读数误差）的要求主要包括两个方面，分别是跟踪瞄准光标线的误差和全站仪角值的读数误差。经过多次跟踪测量实验可知，增加逆转点并不会提高中值的精度，因此，将逆转点的数量设置5～7个即可。

利用多次逆转点法进行跟踪测量，如果相邻的中值差在5°以内，就说明得到的是准确的观测读数。在短时期内，如果仪器保持在一个比较稳定的状态，就不会出现显著的突变现象。只有通过较长时间的连续观测，才可以确定仪器观测的稳定性和系统性的漂移规律。一般情况下，有一定的周期性存在于逆转点中值的变化过程中。开机20 min左右是稳定期，但经过2 h左右就开始衰减。对稳定器内的中值进行分析就可以得出中值误差，中值误差十分接近中值的中误差，因此，在开机20 min后，仪器就可以稳定工作。由此可知，系统性漂移因素是不存在的。在实际测量中，需要开机一段时间后再进行观测，这样可以进一步提高定向精度。

4 结束语

通过上文叙述和分析可知，将陀螺全站仪应用到矿山测量中具有一定的优势——可以提高井下测量工作的效率，还可以精确测量矿井开采巷道，构建矿山井下巷道分布数据库，以便更好地实时监控矿山，而相关部门也可以更加有效地管理矿井的地下开采情况。

参考文献

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[4]龚云，杨志清，石震.GAT磁悬浮陀螺全站仪在矿山测量中的应用[J].测绘科学，2012，2（2）：188-189.

〔编辑：白洁〕

Abstract： With the development and socio-economic progress， Chinas mining industry is developing rapidly； mine surveying has been more and more peoples attention. Because the gyro total station has certain advantages， so it is widely used in the mine surveying work. In the specific practice， should pay attention to the operation of the gyro Total Station technology and the environment， because these two factors will directly affect the measurement accuracy. The brief analysis of the application of gyro total station in mine surveying， and hoping to provide some valuable references.

Key words： mine surveying； gyro total station； application； measurement accuracy