韓玉偉，趙鵬磊

（山東黃金歸來莊礦業(yè)有限公司，山東 平邑 273307）

1 索佳陀螺全站儀定向誤差預(yù)計與分析

相對于傳統(tǒng)的陀螺經(jīng)緯儀，索佳陀螺全站儀把陀螺儀和全站儀有機的聯(lián)結(jié)，并在全站儀中內(nèi)置了跟蹤逆轉(zhuǎn)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(guī)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(biāo)稱精度內(nèi)。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(chǎn)生的誤差來源與觀測方法有關(guān)。就蹤逆轉(zhuǎn)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(shù)，在定向邊上測出陀螺方位角。從而引起跟蹤逆轉(zhuǎn)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(fēng)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(xù)跟蹤逆轉(zhuǎn)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(biāo)偏心e都是1.0mm,則覘標(biāo)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(zhuǎn)點觀測確定陀螺北方向的誤差mN0：逆轉(zhuǎn)點觀測誤差mU包括跟蹤瞄準(zhǔn)誤差和讀數(shù)誤差。

考慮跟蹤瞄準(zhǔn)誤差mV和讀數(shù)誤差m0的共同影響，跟蹤瞄準(zhǔn)誤差mV和讀數(shù)誤差m0的計算方法，mV=4"，m0=3"，則逆轉(zhuǎn)點觀測誤差mU為

由5個逆轉(zhuǎn)點讀數(shù)計算平均值的公式為：

N0=(1∕12)(U1+3U2+4U3+3U4+U5)

則相應(yīng)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)，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(tǒng)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(xué)性質(zhì)的優(yōu)劣、陀螺運轉(zhuǎn)造成的升溫、外界氣候的變化以及擺動系統(tǒng)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(jīng)緯儀的實測結(jié)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(nèi)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(dǎo)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(zhuǎn)點計數(shù)計算出三個擺動中值取平均，得到平衡位置不穩(wěn)定性引起的方向誤差為：

1.6 外界條件，如風(fēng)流、氣溫及震動等影響

這些條件的影響程度較為復(fù)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(jù)以上理論分析，根據(jù)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(jié)果說明，索佳GP1x陀螺全站儀(20″)的設(shè)計精度是完全符合井下定向技術(shù)要求的。

2 實例應(yīng)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(dāng)時的控制點只能采取用支導(dǎo)線測量的方法，沒有檢核，所以隨著測站的增加，支導(dǎo)線誤差累積越來越大，并且貫通距離長，極易發(fā)生偏差。為確保在規(guī)定限差范圍內(nèi)準(zhǔn)確貫通，決定采用索佳陀螺全站儀定向的方法來校核己經(jīng)施測的7″導(dǎo)線。

當(dāng)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(dǎo)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(biāo)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(wǎng)，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(dǎo)下的控制點作為一個檢核，這樣兩套數(shù)據(jù)能夠相互吻合做到有備無患。

（2）定向結(jié)果及對照。通過按照設(shè)定路線及定向邊的定向，推算出坐標(biāo)數(shù)據(jù)與前期坐標(biāo)數(shù)據(jù)的對照如下表：

實測結(jié)果表明，地面已知點測定儀器常數(shù)，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(fēng)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(guī)程》規(guī)定要求。

從根據(jù)陀螺定向推算出的結(jié)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(guī)程》中對支導(dǎo)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(jié)果：

坐標(biāo)增量閉合差△X±45mm，△Y=±14mm;

角度閉合差為12″；導(dǎo)線全長相對閉合差為：1/60000。

從最終貫通結(jié)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(shè)計的各項技術(shù)要求。

3 結(jié)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(yīng)用得出如下結(jié)論：

（1）現(xiàn)場實測結(jié)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(biāo)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(shù)時，在滿足《有色金屬礦石測量規(guī)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(shù)時的誤差。

（3）在外界條件較為不利的條件下，如大風(fēng)、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(jīng)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(guī)范記錄原始測量數(shù)據(jù)。采用逆轉(zhuǎn)點法觀測時，一般連續(xù)觀測5個逆轉(zhuǎn)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(zhuǎn)點法測量時，只有滿足上述要求，測出的結(jié)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(jié)省大量勞力和時間，可以說是技術(shù)上的極大進步。