陀螺仪在竖井定向测量的应用

逯金龙 耿超

摘要：在进行竖井定向的时候，我国目前主要有两种方法：第一种方法是几何定向法，还有一种方法是陀螺定向法。与几何定向法相比，陀螺定向法不仅操作非常的简便，而且具有更高的测量精度，因此得到了非常广泛的应用。本文主要对陀螺仪在竖井定向测量中的应用以及如何提高陀螺经纬仪定向效率的方法提出了几点意见，以供相关人士参考。

关键词：陀螺仪；竖井定向测量；应用

一、前言

在对矿井进行测量的时候，经常会使用到竖井定向测量的方法来进行测量，运用该方法进行测量主要是把地面的方向和座标通过竖井或斜井传递到井下，作为一个测量系统来对矿井进行测量的。利用这种测量方法，能够确保地面和矿井的井下共同处在一个坐标系之下，这样在进行绘图、测量以及计算等操作的时候能够更加的方便、准确，从而确保后面的采矿工程能够更加顺利的进行。因此，对于采矿工程来说，做好竖井定向测量工作是非常重要的。而在整个测量的过程中，使用陀螺经纬仪，不仅能够对方位进行更加精准地定位，同时还能使得整个测量过程不会受到任何外界条件的限制，因此被广泛的应用于竖井定向测量中。

二、陀螺仪的基本原理

在进行定向测量的时候，所使用到的陀螺仪都是自由陀螺仪，因为这种陀螺仪不会受到外力的作用，并且还具有三个自由度，能够使得测量的结果更加的准确。这种陀螺仪一般有两个特性：定轴性、进动性。在利用陀螺仪进行测量的时候，其重心是可以下移的，经常采用的方式是通过在自由陀螺仪轴上加重来实现的，当其重心下移之后，这时自由陀螺仪会有两个完全的自由度，还有一个是不完全的自由度。因为它的灵敏部和钟摆相似，所以称为钟摆式陀螺仪。

三、陀螺全站仪定向

1.陀螺全站仪作业定向过程

（1）测定陀螺仪常数

由于制作仪器时的精度有限，往往会使得制造的仪器存在着一定的误差。一般来说，所制造的陀螺仪，其零刻度线与望远镜的零刻度线不在一个平面上，并且陀螺仪所稳定的位置与子午线并不是重合的，这两者之间往往会存在一个夹角，用Δ表示。通过用仪器测定方位角为Ao的精密导线边CD可求出一起常数： Δ=A0-aT（3-1）为CD边陀螺方位角，在已知边上测定仪器常数应进行2～3次，各次互差应满足限差。

（2）测定井下定向边的陀螺方位角

在对陀螺方位角进行测定的时候，一定要确保井下定向边的长度在五十米以上，其方位角A为：A=a'T+Δ（3-2）

（3）在井上重新测定仪器常数

当测量仪器上井之后，需要再对仪器常数进行两到三次的测定，并且需要在已知边上进行，这样能够使得仪器常数的测定更加的准确。对于重新测量的仪器常数，需要确保两者之间的差值在规定的范围之内，并且需要对仪器常数的最值和平均值计算出来，然后再根据相应的公式来计算出测定过程中所发生的误差。

2.陀螺仪悬带零位观测

为了确保陀螺仪定向测量的精度，不仅需要在进行定向测量之前做好陀螺仪悬带零位的观测，同时还需要在定向测量完成之后，也需要做好陀螺仪悬带的零位观测工作。而在进行悬带零位测定的时候，首先需要将经纬仪放置平整，然后还需要对陀螺仪的照准部进行固定，最后采取相应的方法对陀螺仪的零度进行精确的测量，在测量准确无误之后，需要将灵敏部进行锁紧。

（1）精密定向

在对已知边和定向边的方位角进行测定的时候，通常所采用的测定方法就是精密定向法，这种方法根据不同的使用类型可以分为两大类：第一类是在进行精密定向的时候，仪器的照准部处于跟踪的状态，这种方法又被称之为逆转点法；还有一种精密定向的方法是仪器的照准部固定不动，这种常见的定向方法有中天法、时差法和摆幅法等。

（2）陀螺经纬仪定向时的注意事项

在利用陀螺经纬仪进行定向测量的时候，需要格外的注意对其的使用和保护，因为使用这种仪器进行定向测量的时候，主要运用的是光、机和电相结合的动力原理，如果稍有不慎，就会使得定向测量的结果出现较大的偏差。因此，在使用的过程中，一定要按照相应的规范标准来进行测量，并且在使用和使用完毕之后，一定要注意轻拿轻放，以免损坏陀螺经纬仪的测量精度，影响其后面更好的使用。

在使用陀螺经纬仪的过程中，一定要注意以下几个方面的工作事项：第一，在启动陀螺经纬仪的时候，在其马达的转速还没有达到额定的转速之前，切不可松开或者是调节陀螺经纬仪的灵敏部，不然容易导致陀螺经纬仪出现失灵的情况出现。第二，陀螺经纬仪的马达在高速旋转时，并且其灵敏部紧锁，切不可水平旋转陀螺经纬仪。最后，还需要注意在使用的过程中，一定要确保接线的准确性，并确保用电的使用安全。

四、提高陀螺经纬仪定向效率的方法

1、将现有仪器改造成为高精度自动陀螺经纬仪

目前，在我国市场上，还没有精度非常高的陀螺经纬仪，主要原因在于我国还没有对高精度的陀螺经纬仪进行生产，这对给我国的竖井定向测量工作带来了不小的挑战。因此，为了确保将竖井定向测量工作做得更好，需要对已有的测量仪器进行有效的改造，从而将其改造成精度较高的陀螺经纬仪，以确保我国竖井测量工作的工作效率和工作质量。

2、进一步研制新型的测量仪器，提高测量的工作效率

為了使竖井定向测量具有更高的测量质量，还需要不断研发新型的测量仪器，从而不断提高竖井定向测量的工作效率和工作质量。目前，已经有学者研发出了一种新型的定向测量仪器，这种测量仪器是一种AFS-1自动陀螺快速定位定向系统，在使用的过程中能够更好地进行定位定向测量工作，不仅在矿井施工中得到了有效的应用，同时还被广泛的应用于地铁掘进和隧道测量等工程中，并取得了不错的应用效果。

五、结束语

陀螺仪是惯性导航系统与惯性仪表的核心部件，以陀螺仪为核心的相关设备和系统不仅在矿山测量方面应用广泛，也广泛应用于航海、航空、航天、陆地和兵器等导航领域。虽然我国在陀螺仪方面的发展状况与国外先进水平相比仍有较大差距，随着我国经济技术的飞速发展，陀螺仪必将在我国获得更大发展，并在军民两领域得到更为广泛的应用。

参考文献：

[1]中华人民共和国能源部.煤矿测量规程[M].北京：煤炭工业出版社，2010.

[2]孙建国.陀螺仪在矿山测量中的应用[J].青海科技.2012.5（1）：39-41.