解析礦山測量中陀螺全站儀的應用

黃廷陽

摘 要：隨著時代的進步和社會經濟的發展，我國礦山行業發展迅速，礦山測量受到了越來越多人的重視。因為陀螺全站儀具有一定的優勢，所以，它被廣泛應用到礦山測量工作中。在具體的實踐過程中，要重視陀螺全站儀的操作技術和環境，因為這兩個因素會直接影響測量精度。簡要分析了礦山測量中陀螺全站儀的應用，希望可以提供一些有價值的參考意見。

關鍵詞：礦山測量；陀螺全站儀；應用；測量精度

中圖分類號：TD178 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0006-02

陀螺全站儀結合了陀螺儀和全站儀的特性，定向時，它主要借助高速旋轉的陀螺的指北特性，因為時間或環境因素不會限制它的使用，所以，觀測工作較為簡單，工作效率較高，并且定向精度較高。在超深越界檢查中，開采巷道的測量是最主要的工作。在巷道測量的過程中，主要借助全站儀進行井下導線測量，以便向井下引入地面坐標系統。在立井聯系測量和高精度定向方面，借助陀螺儀定向可以將具體信息引入坐標系統中。本文以南方為例，本省的礦井規模較小，在聯系測量小型礦井時，因為井田面積較小，一翼較短，并且井筒直徑較小，巷道較矮，所以，如果采用立井幾何定向技術，難度會比較大，會增大井下導線測量的誤差值。因此，在立井聯系測量和井下導線測量工作中，可以利用陀螺全站儀，它的使用提高了方位測量的精度。

1 陀螺儀的定向方法

在地球自轉的作用下，陀螺儀在高速旋轉的過程中，在真北方向會出現往返擺動的情況，這種運動就是阻尼運動，擺動的平衡位置是真北方向。正是因為陀螺全站儀的這個特性，所以，在精確的定向觀測中經常會用到它，并且還會應用逆轉點法和中天法。

1.1 逆轉點法定向

逆轉點是指在反轉位置，發生在陀螺轉子擺動曲線擺動方向上的點。逆轉點法的定向原理是利用全站儀照準部對擺動著的陀螺轉子進行連續跟蹤，并且在光標線的多個左右逆轉點處對全站儀水平度盤的讀數進行記錄，然后將這些水平度盤讀數綜合起來尋求蘇勒平均值，這樣就可以求出真北方向在度盤上對應讀數的位置，并確定真北方向。

1.2 中天法定向

中天法定向技術是觀測陀螺儀的運轉，確定近似北方的方向，然后讀記擺動的指標線反復經過劃線板零線的時間，并且將到達東、西逆轉點時的水平度盤讀數也納入讀記范圍。經過一系列的計算就可以獲取近似北方方向的改正數，進而確定測站的真北方向。

2 陀螺全站儀精度分析

一般情況下，如果利用陀螺全站儀來定向，那么它的觀測方法就很容易導致誤差出現。在實際工作中，陀螺定向采用的方法是跟蹤逆轉點法，具體的操作步驟是：如果已知點精度較高，就可以測定儀器常數。在定向邊上對陀螺方位角進行測量，其中的很多因素都會導致跟蹤逆轉點法出現誤差。在陀螺定向的過程中，需要綜合考慮各種影響的因素，具體來講，包括以下內容。

2.1 全站儀測定方向的誤差

通過調查發現，全站儀測定方向的誤差包括許多方面，比如對中整平誤差、逆轉點觀測確定陀螺北方向的誤差。其中，跟蹤瞄準誤差和讀數誤差等都屬于逆轉點觀測誤差。

2.2 陀螺儀和全站儀的連接誤差

在具體定向工作中，需要連接陀螺儀和全站儀。在連接之前，需要進行拆裝，這樣就很容易出現方向誤差。

2.3 懸掛帶零位變動誤差

陀螺擺動系統的指向在一定程度上會受到懸掛帶的阻礙作用。在實際觀測過程中，為了消除懸掛帶扭力的影響，可以利用跟蹤的方法。其實，很多因素都會導致零位變動，比如懸掛帶材料力學性質、陀螺運轉造成的升溫和氣候變化等。

3 通過分析明確測量措施

為了深入了解陀螺全站儀定向測量的方法和精度影響情況，筆者選擇了一個固定測站，將一個固定方向作為已知點，然后應用逆轉點法反復試驗，確定真北方向，并且探索真北方向的定向精度。

通過試驗可知，在逆轉點法定向的過程中，定向精度受跟蹤操作和外界條件的影響。為了避免這些非儀器因素造成的影響，可以將這些措施應用到實際操作過程中，選擇天氣晴朗、無風的條件下進行測量，穩定安置儀器，精確對中整平。粗略定向后，在陀螺北方向上安置全站儀，嚴格控制最大偏差，然后將陀螺房慢慢放下，嚴格控制其擺幅。在對逆轉點進行跟蹤測量時，要重視水平微動速率引起的懸帶扭矩的變化率，要均勻地擺動。在減慢擺速的過程中，要均勻減小微動速度，并且盡量重合。在沒有到達逆轉點時，不允許出現反向微動，這樣隙動和懸帶扭矩就不會產生，否則定向精度就會受到較大的影響。對逆轉點讀數中值（用ma來表示逆轉點讀數誤差）的要求主要包括兩個方面，分別是跟蹤瞄準光標線的誤差和全站儀角值的讀數誤差。經過多次跟蹤測量實驗可知，增加逆轉點并不會提高中值的精度，因此，將逆轉點的數量設置5～7個即可。

利用多次逆轉點法進行跟蹤測量，如果相鄰的中值差在5°以內，就說明得到的是準確的觀測讀數。在短時期內，如果儀器保持在一個比較穩定的狀態，就不會出現顯著的突變現象。只有通過較長時間的連續觀測，才可以確定儀器觀測的穩定性和系統性的漂移規律。一般情況下，有一定的周期性存在于逆轉點中值的變化過程中。開機20 min左右是穩定期，但經過2 h左右就開始衰減。對穩定器內的中值進行分析就可以得出中值誤差，中值誤差十分接近中值的中誤差，因此，在開機20 min后，儀器就可以穩定工作。由此可知，系統性漂移因素是不存在的。在實際測量中，需要開機一段時間后再進行觀測，這樣可以進一步提高定向精度。

4 結束語

通過上文敘述和分析可知，將陀螺全站儀應用到礦山測量中具有一定的優勢——可以提高井下測量工作的效率，還可以精確測量礦井開采巷道，構建礦山井下巷道分布數據庫，以便更好地實時監控礦山，而相關部門也可以更加有效地管理礦井的地下開采情況。

參考文獻

[1]金朝陽，王潤平.陀螺全站儀在井下導線測量中的應用[J].礦山測量，2010，2（6）：123-125.

[2]楊紅軍.淺談利用脫落經緯儀進行定向[J].煤炭技術，2006，21（9）：143-145.

[3]游晉.陀螺全站儀在礦山測量中的應用[J].山西建筑，2010，2（10）：155-157.

[4]龔云，楊志清，石震.GAT磁懸浮陀螺全站儀在礦山測量中的應用[J].測繪科學，2012，2（2）：188-189.

〔編輯：白潔〕

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