礦山貫通定向測量中陀螺全站儀的應用

楊亮亮

(新疆亞克斯資源開發股份有限公司，新疆 哈密 839000)

引言

在礦山貫通定向測量中，陀螺全站儀得到廣泛的應用，陀螺全站儀將陀螺儀和全站儀的優點有機結合起來，操作使用更為簡捷方便，由于自動化程度較高，還能有效減少定向測量過程中人為操作引起的誤差。礦山貫通作業過程中，由于受空間、照明等條件的影響，施工過程的測量工作與地面普通測量工作有很大的不同，定向測量的精度和準確度，對礦山貫通施工是否順利起著決定性的作用。

1.礦山貫通定向測量的意義

礦山貫通定向測量是指為了保證兩個或兩個以上的工作面，分段掘進后在指定的地點準確貫通，所必須進行的測量工作。測量過程會出現不可避免的誤差，而貫通定向測量就是要控制貫通誤差在符合操作標準的范圍內。礦山貫通定向測量過程中，由于地下巷道潮濕、照明較差、噪音大、灰塵多等客觀因素，對測量過程產生很大的干擾，影響到測量的精度和準確性。陀螺全站儀能有效降低作業環境對定向誤差的影響，能最大限度避免累積定向誤差［1］。

2.陀螺全站儀的定向測量工作原理及工作流程

工作原理:陀螺全站儀中內置跟蹤逆轉點法和中天法兩種程序，加上陀螺儀能自動尋找真北方向的特性，只要將全站儀放置在陀螺儀上，組成后陀螺全站儀就可以測定真北方向在全站儀水平度盤上的讀數，從而可以得出任意方向的真方位角。

工作流程:首先，在量測點安裝好陀螺儀，使陀螺主軸線大致朝北向，接好電源和控制器;其次，將設備的控制器予以打開，并將所需測量站點的大概緯度輸入其中，將陀螺儀馬達打開，繼而開展尋北測量;再次，經過10min之后，設備的控制器將對陀螺馬達軸北向位置展現出來，且在計算機內輸入本次測量所得出的各項數據;最后，將全站儀的測量程序打開，然后再按照一定的順序，對所要測量的點進行測定，同時將正、反水平角測量所得出的數據準確的記錄下來［2］。

3.陀螺全站儀的技術優勢

從技術角度而言，與傳統的懸掛式陀螺經緯儀相比較，陀螺全站儀具備一定的優越性，其具體體現在如下三個方面:(1)在一定程度上減少了陀螺中相關靈敏處和外部物體的接觸面積，降低了外界因素的干擾和影響，提高了設備尋北定向及測量的精準度;(2)加大了數據采集量，并利用數據采集仿真技術提高了數據的可靠性，為后面的數據處理結果提供可靠的依據;(3)陀螺全站儀具有強干擾力矩下的粗差識別與剔除技術，能在復雜的隧道環境下完成正確的測量工作。因此，在現場環境復雜困難的礦山貫通定向測量中，陀螺全站儀能夠進行有效的量測、修正、檢核，保證了量測數據的準確性，提高了量測結果的精準度，有效地提升了工作效率，降低了貫通誤差的風險。

4.陀螺全站儀的誤差理論分析

陀螺全站儀工作中的定向方法有多種，不管哪一種都會產生定向誤差，實際操作中用得較多的是跟蹤逆轉點法，其具體操作為:在精度相對較高的已知點之上，對設備的常數加以測量;在定向邊上，對其陀螺方位角予以精準測定。引起跟蹤逆轉點法定向誤差的因素很多，主要來源于以下幾方面:

4.1 全站儀測定方向值誤差。測線在進行測量的過程中，其具體的流程是:全站儀在量測點對中整平;采用五個連續跟蹤逆轉點，對陀螺正北方向值加以測定;并且用量測方向返回的值，對測線的方向值加以確定。全站儀測定方向的誤差包括:①對中整平誤差，其具體包含的內容有覘標或儀器對中誤差;例如，假使測線邊長等于50米，測站偏心與目標偏心e均為1毫米，那么覘標對中誤差、儀器對中誤差分別是m中==2.83″。②全站儀在對方向值進行測量時，所出現的定向誤差;針對GP1X，配置2″的全站儀，其定向誤差m為:mL==±1.4″。③逆轉點觀測確定陀螺北方向的誤差，包含跟蹤瞄準誤差和讀數誤差;

4.2 陀螺儀與全站儀之間的連接誤差。在開展定向測量的過程中，必須把全站儀和陀螺儀兩者相連，然而，拆裝之后再安裝的這一過程，勢必會出現一定的誤差，即連接誤差。

4.3 懸掛帶零位變動誤差。懸掛帶對陀螺儀的擺動系統起到阻礙作用，在量測的過程中，采用定時跟蹤的辦法，可以消除大部分懸掛帶扭力的影響。懸掛帶材質的力學性質優劣、陀螺高速運轉造成的升溫、外界氣候變化以及擺動系統的機械搖擺運動，都會引起零位變動，造成誤差。

4.4 靈敏部件擺動平衡位置的誤差。通常情況下，如果電源電壓的頻率出現改變，那么將導致角動量的改變;而靈敏部件內部溫度發生改變，將致使重心發生位移，且導流絲、懸掛帶也將受到影響。而上述情況，是導致靈敏部件擺動平衡位置變動的主要原因［3］。

4.5 外在工作環境造成的誤差。主要受測量工作環境的條件影響，例如測量所在地的磁場、氣候 (溫度、風向)以及震動等，上述所提及的影響因素都具有不確定性的特點，因而，其影響程度比較復雜，無法準確測定影響的數值，但有一點是可以確定的，即環境對儀器的影響是客觀存在的。

5.陀螺全站儀的在實際使用過程中的主要優勢

(1)定向測量精度高。陀螺全站儀提升了陀螺定向的穩定性和精準度，儀器能自動完成陀螺尋正北方向與陀螺馬達軸方向的夾角測量，降低了人為觀測的誤差機率。(2)自動化程度高，測量時間非常短，操作起來簡單方便。實際使用過程中，只要整平對中，輸入測站點的緯度，儀器會自動測量陀螺尋北方向與陀螺馬達軸方向的夾角，并將測量數據輸送至掌上電腦當中，之后其再通過已有程序，自動計算出準確的坐標方位［4］。

6.結語

相較于傳統的陀螺經緯儀而言，陀螺全站儀可不受作業區域環境、時間的限制，且操作方法簡單，觀測結果方便，準確度高，與此同時，還在一定程度上減輕了定向測量的工作量，提升了工作的效率，確保了礦山坑道的貫通，是礦山建設過程中必不可少的重要設備。

［1］楊艷紅，張利.陀螺全站儀在貫通測量中的應用分析［J］.山西建筑，2013(08):195

［2］胡嘉權，魏克敏，黃華.陀螺全站儀在礦山貫通測量中的應用 ［J］.測繪，2011(10):235