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        陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2014-12-13 09:27:35蒙恬
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)處理程序

        蒙恬

        摘要:近年來(lái),隨著地下工程技術(shù)的不斷發(fā)展,地下工程數(shù)量及規(guī)模上均有較大提高。陀螺經(jīng)緯儀通常應(yīng)用于長(zhǎng)、大地下工程測(cè)量,對(duì)隧道內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量積累誤差進(jìn)行糾正,以保證隧道貫通精度。但是,陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算通常需要專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行處理。本文設(shè)計(jì)了陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件,實(shí)現(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算的自動(dòng)化,為陀螺經(jīng)緯儀的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

        關(guān)鍵詞:陀螺經(jīng)緯儀 數(shù)據(jù)處理 程序

        中圖分類號(hào):TH761.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2014)08-0160-02

        1 引言

        近年來(lái),隨著地下工程技術(shù)的不斷發(fā)展,地下工程數(shù)量及規(guī)模上均有較大提高。傳統(tǒng)的地面工程測(cè)量技術(shù),如導(dǎo)線測(cè)量,以及近年來(lái)發(fā)展的新技術(shù)如GPS-RTK等等技術(shù),在地下工程測(cè)量中不能很好的發(fā)揮作用。通常情況下,巷道、隧道等地下工程空間狹小,洞內(nèi)觀測(cè)環(huán)境差,受溫度、氣壓、折光等因素影響較大,導(dǎo)致洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量精度比地面測(cè)量精度要低。隨著導(dǎo)線不斷向前延伸,導(dǎo)線測(cè)量誤差不斷積累,最終可能造成貫通誤差超標(biāo),造成經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重情況下造成工程事故。例如在大型的隧道工程中,往往在地下部分采用導(dǎo)線方式進(jìn)行控制測(cè)量,隨著隧道的掘進(jìn),導(dǎo)線的累積誤差不斷加大,最終會(huì)影響工程的順利貫通。因此,在地下工程建設(shè)中,常常采用加測(cè)陀螺方位角的方法,對(duì)地下導(dǎo)線進(jìn)行改成,從而保證隧道的順利貫通。又如,在采礦行業(yè)中,需要準(zhǔn)確的知道開(kāi)采的方向,如果不能朝向正確的方向進(jìn)行掘進(jìn),會(huì)影響工作效率,嚴(yán)重情況下甚至?xí)鸢踩鹿?。這種情況下也可以采用加測(cè)陀螺方位角的方法對(duì)地下導(dǎo)線進(jìn)行改正,從而獲得可靠成果??梢?jiàn),陀螺經(jīng)緯儀在地下工程測(cè)量中已經(jīng)成為一種不可或缺的重要工具。陀螺經(jīng)緯儀的研究和發(fā)展對(duì)地下工程測(cè)量的發(fā)展至關(guān)重要。陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量計(jì)算過(guò)程主要包括如下幾個(gè)部分:坐標(biāo)方位角計(jì)算、子午線收斂角計(jì)算、儀器常數(shù)計(jì)算等幾個(gè)過(guò)程。

        2 陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量過(guò)程

        陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量包括以下過(guò)程:(1)在地面已知坐標(biāo)方位角的測(cè)線端點(diǎn)上架設(shè)陀螺經(jīng)緯儀,進(jìn)行2至3個(gè)測(cè)回的測(cè)量,同時(shí)配合全站儀測(cè)得角度得到已知測(cè)線的陀螺方位角。通過(guò)與實(shí)際計(jì)算得到的測(cè)線真北方位角比較,可以求得儀器常數(shù)。(2)在地下導(dǎo)線邊上進(jìn)行陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量。在洞內(nèi)導(dǎo)線邊端點(diǎn)上架設(shè)陀螺經(jīng)緯儀,進(jìn)行2個(gè)測(cè)回的陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量,同時(shí)配合全站儀測(cè)得角度得到未知測(cè)線的陀螺方位角。如果洞內(nèi)有多條導(dǎo)線邊,按照同樣方法測(cè)量其陀螺方位角。(3)地下測(cè)量工作完成后,按步驟(1)重新回到地面原測(cè)線測(cè)定,得到另一個(gè)儀器常數(shù),如果前后兩個(gè)儀器常數(shù)變化較小,則取平均值作為本次陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量的最終儀器常數(shù)值。(4)通過(guò)計(jì)算獲得最終地下坐標(biāo)方位角測(cè)量結(jié)果。

        由此可見(jiàn),陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算過(guò)程主要包括:地面已知邊坐標(biāo)方位角的計(jì)算,測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算,儀器常數(shù)計(jì)算。

        3 陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量算法設(shè)計(jì)

        (1)坐標(biāo)方位角計(jì)算(坐標(biāo)反算)算法。

        如圖1所示,已知A、B兩點(diǎn)坐標(biāo),求A、B兩點(diǎn)間的距離及坐標(biāo)方位角。公式如下:

        上式中,arcran函數(shù)取值-90°到90°,坐標(biāo)方位角為0°到360°,坐標(biāo)方位角可根據(jù)和正負(fù)號(hào)所在象限,將arctan值換算為坐標(biāo)方位角。

        (2)測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算算法。通常,將大地方位角改化為平面坐標(biāo)方位角,需要計(jì)算子午線收斂角。某點(diǎn)的子午線收斂角就是通過(guò)該點(diǎn)的子午線投影切線方向與該點(diǎn)縱坐標(biāo)之間的夾角。

        平面子午線收斂角可以由大地坐標(biāo)(B,L)計(jì)算,公式如下:

        其中,,(為第二偏心率),B為緯度,l為經(jīng)差。

        也可以通過(guò)查表法求得測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角。

        (3)儀器常數(shù)計(jì)算算法。儀器常數(shù)的計(jì)算主要通過(guò)地面邊陀螺方位角與地面邊真方位角的對(duì)比得出,主要用于對(duì)井下陀螺經(jīng)緯儀定向結(jié)果進(jìn)行改正,求得井下準(zhǔn)確坐標(biāo)方位角。式中,為地面邊陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量結(jié)果,為需要解算的儀器常數(shù),為地面邊坐標(biāo)方位角,為地面邊測(cè)站點(diǎn)處子午線收斂角,為地面邊的真北方位角。計(jì)算求得儀器常數(shù)后,便可根據(jù)儀器常數(shù)對(duì)地下陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正,求得地下邊的坐標(biāo)方位角。公式如下:

        通過(guò)以上幾部計(jì)算,便可得到最終所求地下邊坐標(biāo)方位角。通過(guò)測(cè)量所得到的陀螺經(jīng)緯儀成果對(duì)洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行改正,可以有效改善誤差積累問(wèn)題,保證地下貫通工程順利完成。

        4 計(jì)算軟件實(shí)現(xiàn)

        Microsoft公司開(kāi)發(fā)的Visual Basic是一種由面向?qū)ο蟮摹??結(jié)構(gòu)化的、模塊化的可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。其最初源自于BASIC語(yǔ)言。VB擁有圖形用戶界面和快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。程序員可以輕松的使用VB提供的組件快速建立一個(gè)應(yīng)用程序?;谝陨显?,陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件的程序化采用VB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。此程序,主要由以下幾個(gè)模塊組成:坐標(biāo)方位角計(jì)算、子午線收斂角計(jì)算、儀器常數(shù)計(jì)算、最終成果計(jì)算。程序設(shè)計(jì)采用最簡(jiǎn)單方式,一次輸入結(jié)果后,整體計(jì)算獲得最終結(jié)果。

        程序界面如圖2所示。

        程序主要由以下幾部分組成:(1)地面坐標(biāo)方位角輸入。輸入地面已知點(diǎn)坐標(biāo),程序自動(dòng)計(jì)算距離、坐標(biāo)方位角、測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角數(shù)值。(2)地下測(cè)量點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算。輸入地下測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo),程序自動(dòng)計(jì)算地下測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角數(shù)值。(3)陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量數(shù)據(jù)輸入。輸入地面及地下陀螺邊陀螺測(cè)量方位角值。(4)計(jì)算成果。輸入已知數(shù)據(jù)后,點(diǎn)擊計(jì)算按鈕,程序自動(dòng)計(jì)算儀器常數(shù)及地下邊坐標(biāo)方位角。

        至此,完成整個(gè)測(cè)量計(jì)算過(guò)程,可以求得地下邊坐標(biāo)方位角。通過(guò)測(cè)量所得到的陀螺經(jīng)緯儀成果對(duì)洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行改正,可以有效改善誤差積累問(wèn)題,保證地下貫通工程順利完成。

        5 結(jié)語(yǔ)

        陀螺經(jīng)緯儀是一種將陀螺儀和經(jīng)緯儀結(jié)合成一體的、全天候,并且不依賴其它條件能夠測(cè)定真北方位的物理定向儀器、廣泛應(yīng)用于測(cè)繪工作中,特別是礦山、 隧道、海洋、森林和軍事等隱蔽地區(qū)的定向測(cè)量和快速測(cè)量,解決了傳統(tǒng)定向測(cè)量方法精度低、工作量大及定向時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算通常需要專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行處理。本文設(shè)計(jì)了陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件,實(shí)現(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算的自動(dòng)化,為陀螺經(jīng)緯儀的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證,軟件能滿足工程需求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張國(guó)良.礦山測(cè)量學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.

        [2]石震.GAT陀螺全站儀精度評(píng)定方法研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2008.

        [3]趙吉先,呂開(kāi)云,聶運(yùn)菊.地下工程測(cè)量發(fā)展回顧與展望[J].測(cè)繪通報(bào),2006(10):51-52.endprint

        摘要:近年來(lái),隨著地下工程技術(shù)的不斷發(fā)展,地下工程數(shù)量及規(guī)模上均有較大提高。陀螺經(jīng)緯儀通常應(yīng)用于長(zhǎng)、大地下工程測(cè)量,對(duì)隧道內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量積累誤差進(jìn)行糾正,以保證隧道貫通精度。但是,陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算通常需要專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行處理。本文設(shè)計(jì)了陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件,實(shí)現(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算的自動(dòng)化,為陀螺經(jīng)緯儀的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

        關(guān)鍵詞:陀螺經(jīng)緯儀 數(shù)據(jù)處理 程序

        中圖分類號(hào):TH761.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2014)08-0160-02

        1 引言

        近年來(lái),隨著地下工程技術(shù)的不斷發(fā)展,地下工程數(shù)量及規(guī)模上均有較大提高。傳統(tǒng)的地面工程測(cè)量技術(shù),如導(dǎo)線測(cè)量,以及近年來(lái)發(fā)展的新技術(shù)如GPS-RTK等等技術(shù),在地下工程測(cè)量中不能很好的發(fā)揮作用。通常情況下,巷道、隧道等地下工程空間狹小,洞內(nèi)觀測(cè)環(huán)境差,受溫度、氣壓、折光等因素影響較大,導(dǎo)致洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量精度比地面測(cè)量精度要低。隨著導(dǎo)線不斷向前延伸,導(dǎo)線測(cè)量誤差不斷積累,最終可能造成貫通誤差超標(biāo),造成經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重情況下造成工程事故。例如在大型的隧道工程中,往往在地下部分采用導(dǎo)線方式進(jìn)行控制測(cè)量,隨著隧道的掘進(jìn),導(dǎo)線的累積誤差不斷加大,最終會(huì)影響工程的順利貫通。因此,在地下工程建設(shè)中,常常采用加測(cè)陀螺方位角的方法,對(duì)地下導(dǎo)線進(jìn)行改成,從而保證隧道的順利貫通。又如,在采礦行業(yè)中,需要準(zhǔn)確的知道開(kāi)采的方向,如果不能朝向正確的方向進(jìn)行掘進(jìn),會(huì)影響工作效率,嚴(yán)重情況下甚至?xí)鸢踩鹿?。這種情況下也可以采用加測(cè)陀螺方位角的方法對(duì)地下導(dǎo)線進(jìn)行改正,從而獲得可靠成果??梢?jiàn),陀螺經(jīng)緯儀在地下工程測(cè)量中已經(jīng)成為一種不可或缺的重要工具。陀螺經(jīng)緯儀的研究和發(fā)展對(duì)地下工程測(cè)量的發(fā)展至關(guān)重要。陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量計(jì)算過(guò)程主要包括如下幾個(gè)部分:坐標(biāo)方位角計(jì)算、子午線收斂角計(jì)算、儀器常數(shù)計(jì)算等幾個(gè)過(guò)程。

        2 陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量過(guò)程

        陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量包括以下過(guò)程:(1)在地面已知坐標(biāo)方位角的測(cè)線端點(diǎn)上架設(shè)陀螺經(jīng)緯儀,進(jìn)行2至3個(gè)測(cè)回的測(cè)量,同時(shí)配合全站儀測(cè)得角度得到已知測(cè)線的陀螺方位角。通過(guò)與實(shí)際計(jì)算得到的測(cè)線真北方位角比較,可以求得儀器常數(shù)。(2)在地下導(dǎo)線邊上進(jìn)行陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量。在洞內(nèi)導(dǎo)線邊端點(diǎn)上架設(shè)陀螺經(jīng)緯儀,進(jìn)行2個(gè)測(cè)回的陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量,同時(shí)配合全站儀測(cè)得角度得到未知測(cè)線的陀螺方位角。如果洞內(nèi)有多條導(dǎo)線邊,按照同樣方法測(cè)量其陀螺方位角。(3)地下測(cè)量工作完成后,按步驟(1)重新回到地面原測(cè)線測(cè)定,得到另一個(gè)儀器常數(shù),如果前后兩個(gè)儀器常數(shù)變化較小,則取平均值作為本次陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量的最終儀器常數(shù)值。(4)通過(guò)計(jì)算獲得最終地下坐標(biāo)方位角測(cè)量結(jié)果。

        由此可見(jiàn),陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算過(guò)程主要包括:地面已知邊坐標(biāo)方位角的計(jì)算,測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算,儀器常數(shù)計(jì)算。

        3 陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量算法設(shè)計(jì)

        (1)坐標(biāo)方位角計(jì)算(坐標(biāo)反算)算法。

        如圖1所示,已知A、B兩點(diǎn)坐標(biāo),求A、B兩點(diǎn)間的距離及坐標(biāo)方位角。公式如下:

        上式中,arcran函數(shù)取值-90°到90°,坐標(biāo)方位角為0°到360°,坐標(biāo)方位角可根據(jù)和正負(fù)號(hào)所在象限,將arctan值換算為坐標(biāo)方位角。

        (2)測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算算法。通常,將大地方位角改化為平面坐標(biāo)方位角,需要計(jì)算子午線收斂角。某點(diǎn)的子午線收斂角就是通過(guò)該點(diǎn)的子午線投影切線方向與該點(diǎn)縱坐標(biāo)之間的夾角。

        平面子午線收斂角可以由大地坐標(biāo)(B,L)計(jì)算,公式如下:

        其中,,(為第二偏心率),B為緯度,l為經(jīng)差。

        也可以通過(guò)查表法求得測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角。

        (3)儀器常數(shù)計(jì)算算法。儀器常數(shù)的計(jì)算主要通過(guò)地面邊陀螺方位角與地面邊真方位角的對(duì)比得出,主要用于對(duì)井下陀螺經(jīng)緯儀定向結(jié)果進(jìn)行改正,求得井下準(zhǔn)確坐標(biāo)方位角。式中,為地面邊陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量結(jié)果,為需要解算的儀器常數(shù),為地面邊坐標(biāo)方位角,為地面邊測(cè)站點(diǎn)處子午線收斂角,為地面邊的真北方位角。計(jì)算求得儀器常數(shù)后,便可根據(jù)儀器常數(shù)對(duì)地下陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正,求得地下邊的坐標(biāo)方位角。公式如下:

        通過(guò)以上幾部計(jì)算,便可得到最終所求地下邊坐標(biāo)方位角。通過(guò)測(cè)量所得到的陀螺經(jīng)緯儀成果對(duì)洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行改正,可以有效改善誤差積累問(wèn)題,保證地下貫通工程順利完成。

        4 計(jì)算軟件實(shí)現(xiàn)

        Microsoft公司開(kāi)發(fā)的Visual Basic是一種由面向?qū)ο蟮摹??結(jié)構(gòu)化的、模塊化的可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。其最初源自于BASIC語(yǔ)言。VB擁有圖形用戶界面和快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。程序員可以輕松的使用VB提供的組件快速建立一個(gè)應(yīng)用程序?;谝陨显?,陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件的程序化采用VB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。此程序,主要由以下幾個(gè)模塊組成:坐標(biāo)方位角計(jì)算、子午線收斂角計(jì)算、儀器常數(shù)計(jì)算、最終成果計(jì)算。程序設(shè)計(jì)采用最簡(jiǎn)單方式,一次輸入結(jié)果后,整體計(jì)算獲得最終結(jié)果。

        程序界面如圖2所示。

        程序主要由以下幾部分組成:(1)地面坐標(biāo)方位角輸入。輸入地面已知點(diǎn)坐標(biāo),程序自動(dòng)計(jì)算距離、坐標(biāo)方位角、測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角數(shù)值。(2)地下測(cè)量點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算。輸入地下測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo),程序自動(dòng)計(jì)算地下測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角數(shù)值。(3)陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量數(shù)據(jù)輸入。輸入地面及地下陀螺邊陀螺測(cè)量方位角值。(4)計(jì)算成果。輸入已知數(shù)據(jù)后,點(diǎn)擊計(jì)算按鈕,程序自動(dòng)計(jì)算儀器常數(shù)及地下邊坐標(biāo)方位角。

        至此,完成整個(gè)測(cè)量計(jì)算過(guò)程,可以求得地下邊坐標(biāo)方位角。通過(guò)測(cè)量所得到的陀螺經(jīng)緯儀成果對(duì)洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行改正,可以有效改善誤差積累問(wèn)題,保證地下貫通工程順利完成。

        5 結(jié)語(yǔ)

        陀螺經(jīng)緯儀是一種將陀螺儀和經(jīng)緯儀結(jié)合成一體的、全天候,并且不依賴其它條件能夠測(cè)定真北方位的物理定向儀器、廣泛應(yīng)用于測(cè)繪工作中,特別是礦山、 隧道、海洋、森林和軍事等隱蔽地區(qū)的定向測(cè)量和快速測(cè)量,解決了傳統(tǒng)定向測(cè)量方法精度低、工作量大及定向時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算通常需要專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行處理。本文設(shè)計(jì)了陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件,實(shí)現(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算的自動(dòng)化,為陀螺經(jīng)緯儀的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證,軟件能滿足工程需求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張國(guó)良.礦山測(cè)量學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.

        [2]石震.GAT陀螺全站儀精度評(píng)定方法研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2008.

        [3]趙吉先,呂開(kāi)云,聶運(yùn)菊.地下工程測(cè)量發(fā)展回顧與展望[J].測(cè)繪通報(bào),2006(10):51-52.endprint

        摘要:近年來(lái),隨著地下工程技術(shù)的不斷發(fā)展,地下工程數(shù)量及規(guī)模上均有較大提高。陀螺經(jīng)緯儀通常應(yīng)用于長(zhǎng)、大地下工程測(cè)量,對(duì)隧道內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量積累誤差進(jìn)行糾正,以保證隧道貫通精度。但是,陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算通常需要專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行處理。本文設(shè)計(jì)了陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件,實(shí)現(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算的自動(dòng)化,為陀螺經(jīng)緯儀的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

        關(guān)鍵詞:陀螺經(jīng)緯儀 數(shù)據(jù)處理 程序

        中圖分類號(hào):TH761.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2014)08-0160-02

        1 引言

        近年來(lái),隨著地下工程技術(shù)的不斷發(fā)展,地下工程數(shù)量及規(guī)模上均有較大提高。傳統(tǒng)的地面工程測(cè)量技術(shù),如導(dǎo)線測(cè)量,以及近年來(lái)發(fā)展的新技術(shù)如GPS-RTK等等技術(shù),在地下工程測(cè)量中不能很好的發(fā)揮作用。通常情況下,巷道、隧道等地下工程空間狹小,洞內(nèi)觀測(cè)環(huán)境差,受溫度、氣壓、折光等因素影響較大,導(dǎo)致洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量精度比地面測(cè)量精度要低。隨著導(dǎo)線不斷向前延伸,導(dǎo)線測(cè)量誤差不斷積累,最終可能造成貫通誤差超標(biāo),造成經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重情況下造成工程事故。例如在大型的隧道工程中,往往在地下部分采用導(dǎo)線方式進(jìn)行控制測(cè)量,隨著隧道的掘進(jìn),導(dǎo)線的累積誤差不斷加大,最終會(huì)影響工程的順利貫通。因此,在地下工程建設(shè)中,常常采用加測(cè)陀螺方位角的方法,對(duì)地下導(dǎo)線進(jìn)行改成,從而保證隧道的順利貫通。又如,在采礦行業(yè)中,需要準(zhǔn)確的知道開(kāi)采的方向,如果不能朝向正確的方向進(jìn)行掘進(jìn),會(huì)影響工作效率,嚴(yán)重情況下甚至?xí)鸢踩鹿?。這種情況下也可以采用加測(cè)陀螺方位角的方法對(duì)地下導(dǎo)線進(jìn)行改正,從而獲得可靠成果??梢?jiàn),陀螺經(jīng)緯儀在地下工程測(cè)量中已經(jīng)成為一種不可或缺的重要工具。陀螺經(jīng)緯儀的研究和發(fā)展對(duì)地下工程測(cè)量的發(fā)展至關(guān)重要。陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量計(jì)算過(guò)程主要包括如下幾個(gè)部分:坐標(biāo)方位角計(jì)算、子午線收斂角計(jì)算、儀器常數(shù)計(jì)算等幾個(gè)過(guò)程。

        2 陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量過(guò)程

        陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量包括以下過(guò)程:(1)在地面已知坐標(biāo)方位角的測(cè)線端點(diǎn)上架設(shè)陀螺經(jīng)緯儀,進(jìn)行2至3個(gè)測(cè)回的測(cè)量,同時(shí)配合全站儀測(cè)得角度得到已知測(cè)線的陀螺方位角。通過(guò)與實(shí)際計(jì)算得到的測(cè)線真北方位角比較,可以求得儀器常數(shù)。(2)在地下導(dǎo)線邊上進(jìn)行陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量。在洞內(nèi)導(dǎo)線邊端點(diǎn)上架設(shè)陀螺經(jīng)緯儀,進(jìn)行2個(gè)測(cè)回的陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量,同時(shí)配合全站儀測(cè)得角度得到未知測(cè)線的陀螺方位角。如果洞內(nèi)有多條導(dǎo)線邊,按照同樣方法測(cè)量其陀螺方位角。(3)地下測(cè)量工作完成后,按步驟(1)重新回到地面原測(cè)線測(cè)定,得到另一個(gè)儀器常數(shù),如果前后兩個(gè)儀器常數(shù)變化較小,則取平均值作為本次陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量的最終儀器常數(shù)值。(4)通過(guò)計(jì)算獲得最終地下坐標(biāo)方位角測(cè)量結(jié)果。

        由此可見(jiàn),陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算過(guò)程主要包括:地面已知邊坐標(biāo)方位角的計(jì)算,測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算,儀器常數(shù)計(jì)算。

        3 陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量算法設(shè)計(jì)

        (1)坐標(biāo)方位角計(jì)算(坐標(biāo)反算)算法。

        如圖1所示,已知A、B兩點(diǎn)坐標(biāo),求A、B兩點(diǎn)間的距離及坐標(biāo)方位角。公式如下:

        上式中,arcran函數(shù)取值-90°到90°,坐標(biāo)方位角為0°到360°,坐標(biāo)方位角可根據(jù)和正負(fù)號(hào)所在象限,將arctan值換算為坐標(biāo)方位角。

        (2)測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算算法。通常,將大地方位角改化為平面坐標(biāo)方位角,需要計(jì)算子午線收斂角。某點(diǎn)的子午線收斂角就是通過(guò)該點(diǎn)的子午線投影切線方向與該點(diǎn)縱坐標(biāo)之間的夾角。

        平面子午線收斂角可以由大地坐標(biāo)(B,L)計(jì)算,公式如下:

        其中,,(為第二偏心率),B為緯度,l為經(jīng)差。

        也可以通過(guò)查表法求得測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角。

        (3)儀器常數(shù)計(jì)算算法。儀器常數(shù)的計(jì)算主要通過(guò)地面邊陀螺方位角與地面邊真方位角的對(duì)比得出,主要用于對(duì)井下陀螺經(jīng)緯儀定向結(jié)果進(jìn)行改正,求得井下準(zhǔn)確坐標(biāo)方位角。式中,為地面邊陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量結(jié)果,為需要解算的儀器常數(shù),為地面邊坐標(biāo)方位角,為地面邊測(cè)站點(diǎn)處子午線收斂角,為地面邊的真北方位角。計(jì)算求得儀器常數(shù)后,便可根據(jù)儀器常數(shù)對(duì)地下陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正,求得地下邊的坐標(biāo)方位角。公式如下:

        通過(guò)以上幾部計(jì)算,便可得到最終所求地下邊坐標(biāo)方位角。通過(guò)測(cè)量所得到的陀螺經(jīng)緯儀成果對(duì)洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行改正,可以有效改善誤差積累問(wèn)題,保證地下貫通工程順利完成。

        4 計(jì)算軟件實(shí)現(xiàn)

        Microsoft公司開(kāi)發(fā)的Visual Basic是一種由面向?qū)ο蟮?、?結(jié)構(gòu)化的、模塊化的可視化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。其最初源自于BASIC語(yǔ)言。VB擁有圖形用戶界面和快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。程序員可以輕松的使用VB提供的組件快速建立一個(gè)應(yīng)用程序?;谝陨显?,陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件的程序化采用VB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。此程序,主要由以下幾個(gè)模塊組成:坐標(biāo)方位角計(jì)算、子午線收斂角計(jì)算、儀器常數(shù)計(jì)算、最終成果計(jì)算。程序設(shè)計(jì)采用最簡(jiǎn)單方式,一次輸入結(jié)果后,整體計(jì)算獲得最終結(jié)果。

        程序界面如圖2所示。

        程序主要由以下幾部分組成:(1)地面坐標(biāo)方位角輸入。輸入地面已知點(diǎn)坐標(biāo),程序自動(dòng)計(jì)算距離、坐標(biāo)方位角、測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角數(shù)值。(2)地下測(cè)量點(diǎn)子午線收斂角計(jì)算。輸入地下測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo),程序自動(dòng)計(jì)算地下測(cè)站點(diǎn)子午線收斂角數(shù)值。(3)陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量數(shù)據(jù)輸入。輸入地面及地下陀螺邊陀螺測(cè)量方位角值。(4)計(jì)算成果。輸入已知數(shù)據(jù)后,點(diǎn)擊計(jì)算按鈕,程序自動(dòng)計(jì)算儀器常數(shù)及地下邊坐標(biāo)方位角。

        至此,完成整個(gè)測(cè)量計(jì)算過(guò)程,可以求得地下邊坐標(biāo)方位角。通過(guò)測(cè)量所得到的陀螺經(jīng)緯儀成果對(duì)洞內(nèi)導(dǎo)線進(jìn)行改正,可以有效改善誤差積累問(wèn)題,保證地下貫通工程順利完成。

        5 結(jié)語(yǔ)

        陀螺經(jīng)緯儀是一種將陀螺儀和經(jīng)緯儀結(jié)合成一體的、全天候,并且不依賴其它條件能夠測(cè)定真北方位的物理定向儀器、廣泛應(yīng)用于測(cè)繪工作中,特別是礦山、 隧道、海洋、森林和軍事等隱蔽地區(qū)的定向測(cè)量和快速測(cè)量,解決了傳統(tǒng)定向測(cè)量方法精度低、工作量大及定向時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算通常需要專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行處理。本文設(shè)計(jì)了陀螺經(jīng)緯儀計(jì)算軟件,實(shí)現(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)計(jì)算的自動(dòng)化,為陀螺經(jīng)緯儀的廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證,軟件能滿足工程需求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張國(guó)良.礦山測(cè)量學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.

        [2]石震.GAT陀螺全站儀精度評(píng)定方法研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2008.

        [3]趙吉先,呂開(kāi)云,聶運(yùn)菊.地下工程測(cè)量發(fā)展回顧與展望[J].測(cè)繪通報(bào),2006(10):51-52.endprint

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