矿山贯通定向测量中陀螺全站仪的应用

杨亮亮

(新疆亚克斯资源开发股份有限公司，新疆 哈密 839000)

引言

在矿山贯通定向测量中，陀螺全站仪得到广泛的应用，陀螺全站仪将陀螺仪和全站仪的优点有机结合起来，操作使用更为简捷方便，由于自动化程度较高，还能有效减少定向测量过程中人为操作引起的误差。矿山贯通作业过程中，由于受空间、照明等条件的影响，施工过程的测量工作与地面普通测量工作有很大的不同，定向测量的精度和准确度，对矿山贯通施工是否顺利起着决定性的作用。

1.矿山贯通定向测量的意义

矿山贯通定向测量是指为了保证两个或两个以上的工作面，分段掘进后在指定的地点准确贯通，所必须进行的测量工作。测量过程会出现不可避免的误差，而贯通定向测量就是要控制贯通误差在符合操作标准的范围内。矿山贯通定向测量过程中，由于地下巷道潮湿、照明较差、噪音大、灰尘多等客观因素，对测量过程产生很大的干扰，影响到测量的精度和准确性。陀螺全站仪能有效降低作业环境对定向误差的影响，能最大限度避免累积定向误差［1］。

2.陀螺全站仪的定向测量工作原理及工作流程

工作原理:陀螺全站仪中内置跟踪逆转点法和中天法两种程序，加上陀螺仪能自动寻找真北方向的特性，只要将全站仪放置在陀螺仪上，组成后陀螺全站仪就可以测定真北方向在全站仪水平度盘上的读数，从而可以得出任意方向的真方位角。

工作流程:首先，在量测点安装好陀螺仪，使陀螺主轴线大致朝北向，接好电源和控制器;其次，将设备的控制器予以打开，并将所需测量站点的大概纬度输入其中，将陀螺仪马达打开，继而开展寻北测量;再次，经过10min之后，设备的控制器将对陀螺马达轴北向位置展现出来，且在计算机内输入本次测量所得出的各项数据;最后，将全站仪的测量程序打开，然后再按照一定的顺序，对所要测量的点进行测定，同时将正、反水平角测量所得出的数据准确的记录下来［2］。

3.陀螺全站仪的技术优势

从技术角度而言，与传统的悬挂式陀螺经纬仪相比较，陀螺全站仪具备一定的优越性，其具体体现在如下三个方面:(1)在一定程度上减少了陀螺中相关灵敏处和外部物体的接触面积，降低了外界因素的干扰和影响，提高了设备寻北定向及测量的精准度;(2)加大了数据采集量，并利用数据采集仿真技术提高了数据的可靠性，为后面的数据处理结果提供可靠的依据;(3)陀螺全站仪具有强干扰力矩下的粗差识别与剔除技术，能在复杂的隧道环境下完成正确的测量工作。因此，在现场环境复杂困难的矿山贯通定向测量中，陀螺全站仪能够进行有效的量测、修正、检核，保证了量测数据的准确性，提高了量测结果的精准度，有效地提升了工作效率，降低了贯通误差的风险。

4.陀螺全站仪的误差理论分析

陀螺全站仪工作中的定向方法有多种，不管哪一种都会产生定向误差，实际操作中用得较多的是跟踪逆转点法，其具体操作为:在精度相对较高的已知点之上，对设备的常数加以测量;在定向边上，对其陀螺方位角予以精准测定。引起跟踪逆转点法定向误差的因素很多，主要来源于以下几方面:

4.1 全站仪测定方向值误差。测线在进行测量的过程中，其具体的流程是:全站仪在量测点对中整平;采用五个连续跟踪逆转点，对陀螺正北方向值加以测定;并且用量测方向返回的值，对测线的方向值加以确定。全站仪测定方向的误差包括:①对中整平误差，其具体包含的内容有觇标或仪器对中误差;例如，假使测线边长等于50米，测站偏心与目标偏心e均为1毫米，那么觇标对中误差、仪器对中误差分别是m中==2.83″。②全站仪在对方向值进行测量时，所出现的定向误差;针对GP1X，配置2″的全站仪，其定向误差m为:mL==±1.4″。③逆转点观测确定陀螺北方向的误差，包含跟踪瞄准误差和读数误差;

4.2 陀螺仪与全站仪之间的连接误差。在开展定向测量的过程中，必须把全站仪和陀螺仪两者相连，然而，拆装之后再安装的这一过程，势必会出现一定的误差，即连接误差。

4.3 悬挂带零位变动误差。悬挂带对陀螺仪的摆动系统起到阻碍作用，在量测的过程中，采用定时跟踪的办法，可以消除大部分悬挂带扭力的影响。悬挂带材质的力学性质优劣、陀螺高速运转造成的升温、外界气候变化以及摆动系统的机械摇摆运动，都会引起零位变动，造成误差。

4.4 灵敏部件摆动平衡位置的误差。通常情况下，如果电源电压的频率出现改变，那么将导致角动量的改变;而灵敏部件内部温度发生改变，将致使重心发生位移，且导流丝、悬挂带也将受到影响。而上述情况，是导致灵敏部件摆动平衡位置变动的主要原因［3］。

4.5 外在工作环境造成的误差。主要受测量工作环境的条件影响，例如测量所在地的磁场、气候 (温度、风向)以及震动等，上述所提及的影响因素都具有不确定性的特点，因而，其影响程度比较复杂，无法准确测定影响的数值，但有一点是可以确定的，即环境对仪器的影响是客观存在的。

5.陀螺全站仪的在实际使用过程中的主要优势

(1)定向测量精度高。陀螺全站仪提升了陀螺定向的稳定性和精准度，仪器能自动完成陀螺寻正北方向与陀螺马达轴方向的夹角测量，降低了人为观测的误差机率。(2)自动化程度高，测量时间非常短，操作起来简单方便。实际使用过程中，只要整平对中，输入测站点的纬度，仪器会自动测量陀螺寻北方向与陀螺马达轴方向的夹角，并将测量数据输送至掌上电脑当中，之后其再通过已有程序，自动计算出准确的坐标方位［4］。

6.结语

相较于传统的陀螺经纬仪而言，陀螺全站仪可不受作业区域环境、时间的限制，且操作方法简单，观测结果方便，准确度高，与此同时，还在一定程度上减轻了定向测量的工作量，提升了工作的效率，确保了矿山坑道的贯通，是矿山建设过程中必不可少的重要设备。

［1］杨艳红，张利.陀螺全站仪在贯通测量中的应用分析［J］.山西建筑，2013(08):195

［2］胡嘉权，魏克敏，黄华.陀螺全站仪在矿山贯通测量中的应用 ［J］.测绘，2011(10):235