解析礦山測(cè)量中陀螺全站儀的應(yīng)用

黃廷陽(yáng)

摘 要：隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)礦山行業(yè)發(fā)展迅速，礦山測(cè)量受到了越來(lái)越多人的重視。因?yàn)橥勇萑緝x具有一定的優(yōu)勢(shì)，所以，它被廣泛應(yīng)用到礦山測(cè)量工作中。在具體的實(shí)踐過(guò)程中，要重視陀螺全站儀的操作技術(shù)和環(huán)境，因?yàn)檫@兩個(gè)因素會(huì)直接影響測(cè)量精度。簡(jiǎn)要分析了礦山測(cè)量中陀螺全站儀的應(yīng)用，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：礦山測(cè)量；陀螺全站儀；應(yīng)用；測(cè)量精度

中圖分類號(hào)：TD178 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）13-0006-02

陀螺全站儀結(jié)合了陀螺儀和全站儀的特性，定向時(shí)，它主要借助高速旋轉(zhuǎn)的陀螺的指北特性，因?yàn)闀r(shí)間或環(huán)境因素不會(huì)限制它的使用，所以，觀測(cè)工作較為簡(jiǎn)單，工作效率較高，并且定向精度較高。在超深越界檢查中，開(kāi)采巷道的測(cè)量是最主要的工作。在巷道測(cè)量的過(guò)程中，主要借助全站儀進(jìn)行井下導(dǎo)線測(cè)量，以便向井下引入地面坐標(biāo)系統(tǒng)。在立井聯(lián)系測(cè)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(biāo)系統(tǒng)中。本文以南方為例，本省的礦井規(guī)模較小，在聯(lián)系測(cè)量小型礦井時(shí)，因?yàn)榫锩娣e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(shù)，難度會(huì)比較大，會(huì)增大井下導(dǎo)線測(cè)量的誤差值。因此，在立井聯(lián)系測(cè)量和井下導(dǎo)線測(cè)量工作中，可以利用陀螺全站儀，它的使用提高了方位測(cè)量的精度。

1 陀螺儀的定向方法

在地球自轉(zhuǎn)的作用下，陀螺儀在高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，在真北方向會(huì)出現(xiàn)往返擺動(dòng)的情況，這種運(yùn)動(dòng)就是阻尼運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)的平衡位置是真北方向。正是因?yàn)橥勇萑緝x的這個(gè)特性，所以，在精確的定向觀測(cè)中經(jīng)常會(huì)用到它，并且還會(huì)應(yīng)用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法和中天法。

1.1 逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法定向

逆轉(zhuǎn)點(diǎn)是指在反轉(zhuǎn)位置，發(fā)生在陀螺轉(zhuǎn)子擺動(dòng)曲線擺動(dòng)方向上的點(diǎn)。逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法的定向原理是利用全站儀照準(zhǔn)部對(duì)擺動(dòng)著的陀螺轉(zhuǎn)子進(jìn)行連續(xù)跟蹤，并且在光標(biāo)線的多個(gè)左右逆轉(zhuǎn)點(diǎn)處對(duì)全站儀水平度盤(pán)的讀數(shù)進(jìn)行記錄，然后將這些水平度盤(pán)讀數(shù)綜合起來(lái)尋求蘇勒平均值，這樣就可以求出真北方向在度盤(pán)上對(duì)應(yīng)讀數(shù)的位置，并確定真北方向。

1.2 中天法定向

中天法定向技術(shù)是觀測(cè)陀螺儀的運(yùn)轉(zhuǎn)，確定近似北方的方向，然后讀記擺動(dòng)的指標(biāo)線反復(fù)經(jīng)過(guò)劃線板零線的時(shí)間，并且將到達(dá)東、西逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)的水平度盤(pán)讀數(shù)也納入讀記范圍。經(jīng)過(guò)一系列的計(jì)算就可以獲取近似北方方向的改正數(shù)，進(jìn)而確定測(cè)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(lái)定向，那么它的觀測(cè)方法就很容易導(dǎo)致誤差出現(xiàn)。在實(shí)際工作中，陀螺定向采用的方法是跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，具體的操作步驟是：如果已知點(diǎn)精度較高，就可以測(cè)定儀器常數(shù)。在定向邊上對(duì)陀螺方位角進(jìn)行測(cè)量，其中的很多因素都會(huì)導(dǎo)致跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法出現(xiàn)誤差。在陀螺定向的過(guò)程中，需要綜合考慮各種影響的因素，具體來(lái)講，包括以下內(nèi)容。

2.1 全站儀測(cè)定方向的誤差

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全站儀測(cè)定方向的誤差包括許多方面，比如對(duì)中整平誤差、逆轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)確定陀螺北方向的誤差。其中，跟蹤瞄準(zhǔn)誤差和讀數(shù)誤差等都屬于逆轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)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(jìn)行拆裝，這樣就很容易出現(xiàn)方向誤差。

2.3 懸掛帶零位變動(dòng)誤差

陀螺擺動(dòng)系統(tǒng)的指向在一定程度上會(huì)受到懸掛帶的阻礙作用。在實(shí)際觀測(cè)過(guò)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(shí)，很多因素都會(huì)導(dǎo)致零位變動(dòng)，比如懸掛帶材料力學(xué)性質(zhì)、陀螺運(yùn)轉(zhuǎn)造成的升溫和氣候變化等。

3 通過(guò)分析明確測(cè)量措施

為了深入了解陀螺全站儀定向測(cè)量的方法和精度影響情況，筆者選擇了一個(gè)固定測(cè)站，將一個(gè)固定方向作為已知點(diǎn)，然后應(yīng)用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法反復(fù)試驗(yàn)，確定真北方向，并且探索真北方向的定向精度。

通過(guò)試驗(yàn)可知，在逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法定向的過(guò)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(yīng)用到實(shí)際操作過(guò)程中，選擇天氣晴朗、無(wú)風(fēng)的條件下進(jìn)行測(cè)量，穩(wěn)定安置儀器，精確對(duì)中整平。粗略定向后，在陀螺北方向上安置全站儀，嚴(yán)格控制最大偏差，然后將陀螺房慢慢放下，嚴(yán)格控制其擺幅。在對(duì)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行跟蹤測(cè)量時(shí)，要重視水平微動(dòng)速率引起的懸?guī)ぞ氐淖兓?，要均勻地?cái)[動(dòng)。在減慢擺速的過(guò)程中，要均勻減小微動(dòng)速度，并且盡量重合。在沒(méi)有到達(dá)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，不允許出現(xiàn)反向微動(dòng)，這樣隙動(dòng)和懸?guī)ぞ鼐筒粫?huì)產(chǎn)生，否則定向精度就會(huì)受到較大的影響。對(duì)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)中值（用ma來(lái)表示逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)誤差）的要求主要包括兩個(gè)方面，分別是跟蹤瞄準(zhǔn)光標(biāo)線的誤差和全站儀角值的讀數(shù)誤差。經(jīng)過(guò)多次跟蹤測(cè)量實(shí)驗(yàn)可知，增加逆轉(zhuǎn)點(diǎn)并不會(huì)提高中值的精度，因此，將逆轉(zhuǎn)點(diǎn)的數(shù)量設(shè)置5～7個(gè)即可。

利用多次逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法進(jìn)行跟蹤測(cè)量，如果相鄰的中值差在5°以內(nèi)，就說(shuō)明得到的是準(zhǔn)確的觀測(cè)讀數(shù)。在短時(shí)期內(nèi)，如果儀器保持在一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)，就不會(huì)出現(xiàn)顯著的突變現(xiàn)象。只有通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)，才可以確定儀器觀測(cè)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)性的漂移規(guī)律。一般情況下，有一定的周期性存在于逆轉(zhuǎn)點(diǎn)中值的變化過(guò)程中。開(kāi)機(jī)20 min左右是穩(wěn)定期，但經(jīng)過(guò)2 h左右就開(kāi)始衰減。對(duì)穩(wěn)定器內(nèi)的中值進(jìn)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(kāi)機(jī)20 min后，儀器就可以穩(wěn)定工作。由此可知，系統(tǒng)性漂移因素是不存在的。在實(shí)際測(cè)量中，需要開(kāi)機(jī)一段時(shí)間后再進(jìn)行觀測(cè)，這樣可以進(jìn)一步提高定向精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上文敘述和分析可知，將陀螺全站儀應(yīng)用到礦山測(cè)量中具有一定的優(yōu)勢(shì)——可以提高井下測(cè)量工作的效率，還可以精確測(cè)量礦井開(kāi)采巷道，構(gòu)建礦山井下巷道分布數(shù)據(jù)庫(kù)，以便更好地實(shí)時(shí)監(jiān)控礦山，而相關(guān)部門(mén)也可以更加有效地管理礦井的地下開(kāi)采情況。

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〔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