索佳陀螺全站儀的誤差預計分析及在巷道貫通中的應用

韓玉偉，趙鵬磊

（山東黃金歸來莊礦業有限公司，山東 平邑 273307）

1 索佳陀螺全站儀定向誤差預計與分析

相對于傳統的陀螺經緯儀，索佳陀螺全站儀把陀螺儀和全站儀有機的聯結，并在全站儀中內置了跟蹤逆轉點法和中天法兩種程序，使用和操作更加簡單，減少了定向過程中人為操作誤差。但在陀螺全站儀定向過程中，如不按照規范要求操作影響其測量精度的因素也會很多，一般說來，陀螺全站儀的一次定向中誤差都在其出廠時的標稱精度內。但是，由干儀器的制造工藝水平限制、測量時外界條件以及使用方法，都直接影響到陀螺定向時的精度。所以，在使用前對陀螺全站儀的定向精度做好充分的分析與探討，具有重要的實踐意義。

1.1 理論分析

陀螺全站儀定向時產生的誤差來源與觀測方法有關。就蹤逆轉點法來說，其操作步驟為：在精度較高的已知點上測定儀器常數，在定向邊上測出陀螺方位角。從而引起跟蹤逆轉點法誤差的因素很多，要將整個陀螺定向時各種影響因素都考慮進去，主要有以下幾個方面：

（1）全站儀測定方向值的誤差;

（2）上架式陀螺儀與全站儀的連接誤差;

（3）懸掛帶零位變動誤差;

(4）靈敏部擺動平衡位置的變動誤差;

（5）外界條件，如風流、氣溫及震動等因素的影響。

1.2 全站儀測定方向的誤差

一條測線一次觀測的步驟為：儀器在測站對中整平;以5個連續跟蹤逆轉點測定陀螺北方向值;以一測回測定測線方向值。全站儀測定方向的誤差包括：

（1)對中整平誤差。假定測線邊長d=50m，測站偏心和日標偏心e都是1.0mm,則覘標對中誤差和儀器對中誤差為：

（2）全站儀測定方向值引起的定向誤差。對于GPlx,配置2″的全站儀，則有定向誤差為mL為：

(3)逆轉點觀測確定陀螺北方向的誤差mN0：逆轉點觀測誤差mU包括跟蹤瞄準誤差和讀數誤差。

考慮跟蹤瞄準誤差mV和讀數誤差m0的共同影響，跟蹤瞄準誤差mV和讀數誤差m0的計算方法，mV=4"，m0=3"，則逆轉點觀測誤差mU為

由5個逆轉點讀數計算平均值的公式為：

N0=(1∕12)(U1+3U2+4U3+3U4+U5)

則相應的誤差為：

m2N0=(1∕122)(m2U1+9 m2U2+16m2U3+9m2U4+m2U5)若等精度觀測，則mU1=mU2=……=mUn

逆轉點觀測確定陀螺北方向的誤差mNO：

mN0=±1∕2 mU=±2.5"

故全站儀測定方向的誤差mh為：

m2h=2m2中+m2L+m2N0=2×2.832+1.42+2.52=24.2278

mh=±4.9″

1.3 陀螺儀與全站儀的連接誤差

每次定向時都要把陀螺儀與全站儀進行連接，拆裝再連接必然要造成方向誤差，參考同精度WILDT3的實測數據，這項誤差的實際影響為：mb==±2″。

1.4 懸掛帶零位變動誤差

懸掛帶對陀螺擺動系統的指向起阻礙作用，在觀測時采用跟蹤的方法可以消除懸掛帶扭力的大部分影響。懸掛帶材料的力學性質的優劣、陀螺運轉造成的升溫、外界氣候的變化以及擺動系統的機械鎖緊和釋放等因素的影響，均會引起零位變動。參考JT15陀螺經緯儀的實測結果，懸掛帶零位變動中誤差ma=±4″。

1.5 靈敏部擺動平衡位置的變動誤差

影響擺動平衡位置變動的主要因素是：電源電壓頻率的變化引起角動量的變化，靈敏部內部溫度的變化引起重心位移以及由于溫升造成懸掛帶和導流絲的形變等因素，都會造成平衡位置的變動。靈敏部擺動平衡位置變化最大為20″，中誤差為±12"，因此觀測時由5個逆轉點計數計算出三個擺動中值取平均，得到平衡位置不穩定性引起的方向誤差為：

1.6 外界條件，如風流、氣溫及震動等影響

這些條件的影響程度較為復雜，無法精確測定，可m外=±7″。

1.7 陀螺方位角一次測定中誤差

依據以上理論分析，根據照誤差傳播定律，測線陀螺方位角一次測定中誤差mT為：

m2T=m2h+m2b+m2a+m2c+m2

外=4.92+22+42+6.92+72=140.62

mT=±11.9″

誤差分析的結果說明，索佳GP1x陀螺全站儀(20″)的設計精度是完全符合井下定向技術要求的。

2 實例應用

（1）工程概況。某礦山主斜坡道從露天-32水平至2中段全長2200多米，此次正好又有貫通工程，由于當時的控制點只能采取用支導線測量的方法，沒有檢核，所以隨著測站的增加，支導線誤差累積越來越大，并且貫通距離長，極易發生偏差。為確保在規定限差范圍內準確貫通，決定采用索佳陀螺全站儀定向的方法來校核己經施測的7″導線。

當2中段斜坡道方向還有130多米就要貫通時，我們就拿出了施測方案，決定用1中段原來從箕斗井導下的方向邊跟引出的E4及E6邊為起算邊，向粉礦回收井及斜坡道兩個方向推算，并在2中段加測一條陀螺邊的方法進行坐標推算，這樣就使2中段的東西兩個方向形成一個獨立的控制網，避免由于起算邊不同而引起誤差過大的影響，并且還對原來從斜坡道導下的控制點作為一個檢核，這樣兩套數據能夠相互吻合做到有備無患。

（2）定向結果及對照。通過按照設定路線及定向邊的定向，推算出坐標數據與前期坐標數據的對照如下表：

實測結果表明，地面已知點測定儀器常數，一次測定陀螺方位角的中誤差達到±1.67″，精度較高。井下定向時由于受到風流及其他因素影響，定向精度相對差些，但也符合《有色金屬礦山測量規程》規定要求。

從根據陀螺定向推算出的結果對比可以看出，A點X值互差17mm，37-1點X值互差2mm，完全滿足《有色金屬礦山測量規程》中對支導線限差值的要求，說明此次陀螺定向的成果是完全可靠的。陀螺定向后，對原來的各邊進行了分配，最終2中段精確貫通，最終實際貫通測量結果：

坐標增量閉合差△X±45mm，△Y=±14mm;

角度閉合差為12″；導線全長相對閉合差為：1/60000。

從最終貫通結果可以看出，采用陀螺定向后，貫通精度有了明顯提高，完全符合貫通測量設計的各項技術要求。

3 結語

通過對索佳GP1X陀螺全站儀定向精度進行理論分析和實際應用得出如下結論：

（1）現場實測結果表明，索佳GP1x陀螺全站儀一次測定陀螺方位角的中誤差達到±1.67",遠小于其標定精度±20"，完全滿足礦山大型貫通測量工程的要求。

（2）在測定儀器常數時，在滿足《有色金屬礦石測量規程》要求的前提下，盡可能選擇精度高的已知邊，如條件允許，盡量采用貫通測量的起始邊，以減小測定儀器常數時的誤差。

（3）在外界條件較為不利的條件下，如大風、大霧、溫度變化較大的情況下，不宜進行陀螺定向測量工作。

（4）雖然陀螺全站儀較陀螺經緯儀有了較大改進，可以直接測定出陀螺方位角，但在測量時，一定要規范記錄原始測量數據。采用逆轉點法觀測時，一般連續觀測5個逆轉點，計算三個陀螺擺動中值.相鄰擺動中值互差的限差為30秒，間隔擺動中值的互差的限差為45秒;采用逆轉點法測量時，只有滿足上述要求，測出的結果才是真實可靠的。

（5）與幾何定向相比采用陀螺定向時，投點不涉及方向傳遞，可節省大量勞力和時間，可以說是技術上的極大進步。