黃鴻偉

(廣州南方測(cè)繪儀器有限公司，廣東 廣州510665)

一、引 言

目前各地大量建設(shè)地鐵軌道交通工程，地下定向測(cè)量十分重要，《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》(GB 50308—2008)中規(guī)定聯(lián)系測(cè)量可采用陀螺經(jīng)緯儀、鉛垂儀(鋼絲)組合定向測(cè)量;地下控制測(cè)量部分要求貫通面一側(cè)隧道長(zhǎng)度大于1500 m時(shí)，適當(dāng)位置加測(cè)陀螺邊以提高控制導(dǎo)線精度。目前陀螺全站儀標(biāo)稱(chēng)精度大多在8″～20″，而常用全站儀標(biāo)稱(chēng)精度1″或2″，地鐵控制測(cè)量導(dǎo)線采用2．5″精密導(dǎo)線，以往陀螺定向測(cè)量應(yīng)用較多的礦山測(cè)量中一般采用7″導(dǎo)線。很多測(cè)量人員困惑于如何能用低精度陀螺全站儀來(lái)復(fù)測(cè)檢核地鐵施工中采用的高精度全站儀測(cè)量的精密導(dǎo)線呢?對(duì)陀螺全站儀標(biāo)稱(chēng)精度理解，測(cè)量方法和精度評(píng)定掌握，解決這個(gè)問(wèn)題對(duì)于正確使用陀螺定向保證導(dǎo)線復(fù)測(cè)有重要的實(shí)踐意義。

二、陀螺全站儀精度指標(biāo)

很多陀螺經(jīng)緯儀(全站儀)精度相關(guān)文獻(xiàn)一般只提到某款陀螺經(jīng)緯儀(全站儀)精度指標(biāo)達(dá)到多少，或某工程應(yīng)用中實(shí)測(cè)精度達(dá)到多少，缺乏對(duì)精度指標(biāo)的說(shuō)明，造成了現(xiàn)在大量精度要求較高項(xiàng)目(如地鐵導(dǎo)線復(fù)測(cè))測(cè)量技術(shù)人員對(duì)陀螺精度困惑。本文提出兩個(gè)概念:精確度和精密度。準(zhǔn)確度(accuracy)是指被測(cè)量所得值與真值間的一致程度。精密度(precision)是指被測(cè)對(duì)象重復(fù)測(cè)量所得示值。陀螺全站儀的精度指標(biāo)采用的是準(zhǔn)確度。下面通過(guò)NTS-342T(54783)陀螺全站儀(標(biāo)稱(chēng)精度:一次定向中誤差m=±10″)，在廣州市計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院校準(zhǔn)過(guò)程來(lái)說(shuō)明這兩個(gè)概念。

2015年1月28日，在廣州市計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院陀螺儀校準(zhǔn)裝置上校準(zhǔn)南方NTS-342T(54783)陀螺全站儀，校準(zhǔn)裝置天文基準(zhǔn)方位角為A0=161°35'27．9″±0．5″。

陀螺全站儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 陀螺全站儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

由表1數(shù)據(jù)可知，NTS-342T(54782)陀螺全站儀尋北實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與天文邊基準(zhǔn)方位差值均在陀螺儀標(biāo)稱(chēng)精度(準(zhǔn)確度)內(nèi)。這里也證明了陀螺全站儀定向不需要其他已知數(shù)據(jù)，可直接定向測(cè)得定向邊的真北方位值。在導(dǎo)航設(shè)備校準(zhǔn)、衛(wèi)星天線安裝方位測(cè)量等應(yīng)用是采用精度指標(biāo)就是準(zhǔn)確度。

尋北標(biāo)準(zhǔn)差公式為

式中，mt為方位角尋北標(biāo)準(zhǔn)差;Ai為第i測(cè)方位角尋北測(cè)量值;A0為天文基準(zhǔn)方位值。

尋北重復(fù)性(精密度)公式為

式中，S為方位角尋北標(biāo)準(zhǔn)差;Ai為第i測(cè)方位角尋北測(cè)量值為n次方位角尋北測(cè)量值平均值。

由于工程施工中采用的是地方獨(dú)立坐標(biāo)系，坐標(biāo)方位角和真北方位角不一致，《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》規(guī)定地下定向陀螺邊方位角測(cè)量應(yīng)采用“地面已知邊-地下定向邊-地面已知邊”的測(cè)量程序。陀螺定向測(cè)量中通過(guò)地面已知坐標(biāo)方位角計(jì)算出陀螺定向北和坐標(biāo)方位北差值Δa，地下定向中陀螺全站儀定向測(cè)量中加上Δa即可將陀螺全站儀定向方位轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)下的坐標(biāo)方位角。因此，大量礦山和地鐵隧道中陀螺定向測(cè)量采用的精度指標(biāo)是尋北重復(fù)性(精密度)。

三、陀螺全站儀定向在工程中的應(yīng)用

下面某地鐵施工中采用NTS-342T陀螺全站儀定向測(cè)量實(shí)例說(shuō)明工程中精度指標(biāo)采用的問(wèn)題。

陀螺定向技術(shù)要求如下:

1)全站儀精度應(yīng)選擇不低于Ⅱ級(jí)的精度，陀螺經(jīng)緯儀標(biāo)稱(chēng)精度應(yīng)小于20″。

2)地下定向邊陀螺方位角測(cè)量應(yīng)采用“地面已知邊-地下定向邊-地面已知邊”的測(cè)量程序。陀螺定向時(shí)儀器常數(shù)在地面已知邊進(jìn)行測(cè)量，測(cè)前、測(cè)后儀器常數(shù)獨(dú)立觀測(cè)各三測(cè)回，測(cè)前、測(cè)后三測(cè)回的陀螺經(jīng)緯儀常數(shù)平均值較差＜15″。

3)兩條定向邊陀螺方位角之差的角度值與全站儀實(shí)測(cè)角度值較差應(yīng)小于10″。

4)地下定向邊的方位角測(cè)量每次應(yīng)測(cè)三個(gè)測(cè)回，測(cè)回間陀螺方位角較差應(yīng)小于20″。

工程已知數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 工程已知數(shù)據(jù)

上午地面見(jiàn)表3。

表3 美居中心—新康花園方位角觀測(cè)值

中午地下見(jiàn)表4。

表4 DX01-DX04方位角觀測(cè)值

下午地面見(jiàn)表5。

表5 美居中心—新康花園方位角觀測(cè)值

地面測(cè)站美居中心與地下測(cè)站DX01距離628 m，距離較短忽略子午線收斂角改正。儀器常數(shù)計(jì)算見(jiàn)表6。

表6 儀器常數(shù)

地面美居中心—新康花園上下午各3測(cè)回儀器常數(shù)平均值較差小于15″，滿足規(guī)范要求。地下DX01-DX04坐標(biāo)方位角=陀螺定向方位角6測(cè)回觀測(cè)值均值(178°09'57．7″)+儀器常數(shù)(1°45'14．6″)=179°55'12．3″，一次測(cè)定中誤差m=±3．2″。

從以上工程實(shí)例可以知道，外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)定向重復(fù)變重復(fù)性精度可達(dá)3．2″，完全滿足地鐵隧道中聯(lián)系測(cè)量和精密導(dǎo)線校核要求精度。

四、結(jié)束語(yǔ)

陀螺全站儀儀器標(biāo)稱(chēng)精度采用準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度一般在8″～20″，檢驗(yàn)儀器準(zhǔn)確度需要在已知真北方位(如天文邊)上進(jìn)行;陀螺全站儀穩(wěn)定性較好，定向方位往往固定在真北方位的一側(cè)，從而形成陀螺定向準(zhǔn)確度不是很高、但重復(fù)性精度高的現(xiàn)象。在實(shí)際工程中多采用地方坐標(biāo)系，坐標(biāo)北方位和真北方位存在系統(tǒng)差，陀螺全站儀定向測(cè)量中采用“地上已知邊-地下定向邊-地上已知邊”的測(cè)量程序，既可以檢查陀螺全站儀穩(wěn)定性，又可保證重復(fù)性精度，可實(shí)現(xiàn)高精度聯(lián)系測(cè)量和精密導(dǎo)線方位校核。

［1］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部．GB 50308—2008城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范［S］．北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008．

［2］ 國(guó)家測(cè)繪地理信息局．JJG(測(cè)繪)5201—2013陀螺經(jīng)緯儀檢定規(guī)程［S］．北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013．

［3］ 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．JJF 1350—2012陀螺經(jīng)緯儀校準(zhǔn)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社，2012．

［4］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．JJF 1001—2011通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義［S］．北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社，2012．

［5］ 王洪蘭．陀螺理論及在工程測(cè)量中的應(yīng)用［M］．國(guó)防工業(yè)出版社，1995．