定向陀螺（共5篇）
定向陀螺 篇1
鹤煤集团六矿于1954年投产, 设计年生产能力120万t。由于受采动影响, -300 m北大巷严重变形, 已不能再运输。该矿决定在北四通道与-300 m东大巷之间重新布设一条大巷。为了提高巷道掘进速度, 采用相向掘进。北四通道与-300 m东大巷之间的距离约为3 km, 井下导线长度约为4 km。根据《煤矿测量规程》要求, 并结合工程需要, 规定贯通相遇点在水平重要方向上的允许偏差不得超过0.5 m。
为了加强井下导线的方向控制, 减少长距离贯通导线测角误差的累积影响, 确保贯通精度, 决定在距贯通相遇点约400 m处, 两侧各加测一条陀螺定向边。陀螺定向采用逆转点法。 现根据本次使用配有T2E经纬仪的陀螺仪实测资料, 对利用该仪器进行的逆转点法定向操作及定向精度作一探讨。
1 定向操作
平稳、缓慢地下放陀螺, 规则、均匀地跟踪, 准确、及时地判别逆转点位置, 是用逆转点法定向操作该仪器的关键。
(1) 下放陀螺应自始至终做到平稳、缓慢。初始下放陀螺使其超过半阻尼位置缺口少许, 停一下再仔细缓慢下放, 下放中如果发现指标线向刻划板右方移动或振动厉害, 应停止下放, 并返回到接近半阻尼位置, 停1 min左右再全部下放。这样既能将陀螺摆动限幅到1～2°较理想的范围, 又能迅速达到第1个逆转点。
(2) 陀螺下放后, 用微动螺旋进行跟踪要规律、均匀, 使指标线始终与分划板零线大体重合, 不可忽前忽后, 也不要使零刻划线超前等待指标线。避免指标线的来回振动, 以便于准确判定逆转点位置, 提高观测精度。
(3) 当陀螺达到第1个逆转点时, 应由助手配合主测启动跑表, 根据该仪器两逆转点3.5 min的半周期差, 提前30 s通知主测注意逆转点的到来。这样既可减少主测精力过分消耗, 又可检查逆转点位置判别的准确性。
(4) 3个舒勒平均值间的较差直接关系到观测精度, 实践证实其互差限制在±20″以内是必要、可行的。
(5) 实测证实, 由于下放陀螺初动量的影响, 第1个逆转点读数值U1在多数情况下都带有较大的误差, 放弃为好。
(6) 实测时, 5个逆转点作为一个测回较合适。另外, 一测回中, 如U4或U5值测错, 笔者认为不需全部返工, 只要继续再测4或3个逆转点值作为补测数据即可。实践证明:GAK1陀螺仪多测几个逆转点对定向精度影响并不大。
(7) 测回间观测测线方向时应停电进行, 测回超过2个时, 测回间更应注意停电休息, 并应重新严格整平和对中。
(8) 仪器常数E值直接影响到井下陀螺边的定向精度, 测定时必须选择点位牢固、通视良好的已知边, 并要特别注意观测的有利时间。
(9) 凡定向边有几何方位时, 应采用已知值确定陀螺的概略北方向, 这样既避免粗定向, 又加快了定向速度。
(10) 陀螺边操作顺序, 按2 (测前地面测定仪器常数次数) 、2 (井下测定定向边陀螺方位角次数) 、2 (测后地面测定仪器常数次数) 进行, 如在3昼夜内对井下几条边都进行定向, 仪器常数只测定一次即可。
2 定向精度
(1) 地面一次测定仪器常数E值中误差:
undefined
式中, mEi为各次测定仪器常数中误差;i为mEi测定次数。
(2) 由双观测列求得的井下一次测定中误差:
m井undefined
式中, d为2次测定陀螺方位差值;n为差值个数。
(3) 陀螺边一次定向中误差m定。
陀螺边定向精度主要取决于仪器常数E值测定精度和井下陀螺方位测定精度。确定收敛角v值的误差较小, 可不加考虑。故一次定向中误差可用下式计算:
m定undefined
式中, n1为测定E值测回数;n2为井下一次定向测回数。
按地面、井下前后各2次测定E值, 井下2次测定陀螺边的施测方法定向时:则m定=±3.59″。这与18次实际定向求得的一次定向中误差±4.16″相接近。
3 结语
由观测数据看出:用GAK1型陀螺定向, 采用地面、井下前后各2次测定E值, 井下2次测定陀螺方位的操作方法, 实测的陀螺边方位角定向中误差为±4.16″。如考虑到外界条件、磁场干扰、人为误差等因素的影响, 定向时, 用此类仪器陀螺边的定向中误差可控制在±10″以内。
巷道贯通导线联测后, 求得坐标闭和差Δx=-0.120 m、Δy=-0.180 m, 方向闭合差20″。由于贯通精度高, 巷道不需修整。
自动陀螺仪定向精度优化技术研究 篇2
本文针对AGT-1自动陀螺经纬仪特点,分析影响定向精度的主要因素,从影响自动陀螺经纬仪定向精度几个因素出发,提出陀螺经纬仪器的定位精度优化策略与优化方法,并在广州市轨道交通生产应用,取得了良好效果。
1 AGT-1自动陀螺经纬仪特点
AGT-1自动陀螺经纬仪采用悬挂式陀螺,在照准部固定状态下的对称测时法来确定陀螺北方向。 其核心技术是采用了光电读数装置,当陀螺光标通过分划板上以零刻划为对称轴的3条分划线+ K, 0, - K时进行测时。可以采用6点快测法或9点精测法进行数据处理,直接由光标通过分划线时的一系列时刻t解算出陀螺北方向值并进行精度评定。 AGT-1具有不需要预热时间、在通常遇到的风流和振动环境下仍能可靠工作、正常操作下没有返工、 操作简便、总重量轻、性价比高等优点,与近年国内外定向精度较高或快速陀螺经纬仪比较有明显的特点和优势。
2定向测量主要影响因素
仪器常数定义为天文方位角与陀螺经纬仪读数设备读定的方位角之差。现有规程要求要定向前后两次测定仪器常数,原因在于仪器常数不是一个恒量而是一个随时间、地理纬度和温度变化而变化的量。当仪器在一个不大的区域使用时,用来测定常数的已知边的天文方位角是不变的,而陀螺经纬仪读出的方位角值则主要与仪器的结构参数是否变化以及定向测量误差有关。有些影响常数的因素,可以通过规范的观测流程、细心操作和注意保护加以减少,如每次观测安装仪器时检查悬挂带零位校正情况,以及减少人为振动等。对因地点变化及陀螺的老化,则应进行及时测定常数加以克服。因此分析影响仪器常数变化的因素是提高定位精度的关键因素。
2. 1温度变化对仪器常数的影响
仪器常数取决于仪器本身光机电等结构参数的稳定性,受到温度的影响,不同的仪器受温度影响的程度不同。在一定的温度变化区间内,如果仪器没有受到较强的机械振动或伤害,在仪器精度允许的范围内可认为是不变的。
温度变化对于陀螺经纬仪定向精度的影响主要表现为两个方面,一方面是陀螺定向时外界环境温度的变化; 另一方面是陀螺经纬仪马达内部产生的温升。例如Gyromat 2000需要等待环境温度与仪器内部温度互差小于5℃才能够开始工作,当温度差为22℃时,等待时间长达103min。机内每分钟变温超0. 25℃时告警,结果作废同时建议不用前面测的结果。由此可见仪器内部温度与环境温度对仪器常数测定影响甚大。
由于陀螺马达都安装在气密式陀螺房中,在转子高速旋转时,它将与周围的气体介质发生粘滞摩擦, 从而产生风阻力矩。风阻力矩越大,陀螺马达克服风阻所需的功率就越大,因此产生的热量与温升也越高。 随着陀螺仪的内部温度变化,陀螺仪的中心由于结构材料膨胀系数的不同而发生位移,从而使陀螺仪的摆动中值产生漂移,进而影响其定向精度。
分析温度变化对仪器常数变化的影响是提高定位精度的关键点之一。
2. 2仪器常数的短期漂移
陀螺经纬仪的漂移主要有长期漂移和短期漂移。长期漂移的周期一般在数月或数年; 在实际测量中一般不顾及长期漂移,更多关注点在短期漂移。按时间顺序短期漂移一般分初级漂移、二级漂移、三级漂移。在实际操作中,更多关注如何使陀螺尽快进入更有规则的第二级漂移状态。每台仪器的仪器常数的长期稳定性是不同的,只有长期跟踪测量才可能精确地测定。
陀螺经纬仪一般需要采取预先悬挂陀螺,以便等到性能比较稳定的时段才进行定向。分析不同个体陀螺仪的短期漂移区间,在最佳稳定漂移区区间定向是提高定位精度的关键点之一。
3陀螺经纬仪器的定向精度优化策略
3. 1建立高精度室内陀螺经纬仪定向检测场
建立高精度室内陀螺经纬仪定向检测场是分析陀螺经纬仪常数变化规律和稳定性的基础性工作。 高精度室内陀螺经纬仪定向检测场具有良好观测环境条件,通过常数测定,掌握仪器常数是否变化、 变化的大小和规律。正常情况下,仪器常数每半年标定一次,执行测量任务前也应进行标定。经过长途运输或受剧烈震动、冲击后,也可在室内固定已知边上进行标定。
高精度室内陀螺经纬仪定向检测场建立需要注意的事项: 已知边由带有强制对中的室内仪器墩和永久性固定的照准目标构成固定边。固定边的方位角最好接近陀螺北方向。仪器墩上安置陀螺经纬仪,照准目标可以是照准误差较小的固定目标,目标也可以采用平行光管。固定边应该保持长期稳定,避免强烈温度变化的影响。
3. 2测定陀螺经纬仪的温度改正模型
由于陀螺经纬仪的机械设计原因无法消除温度变化影响,可以采用建立温度修正模型的方法解决。在高精度室内已知边上进行大量实验进行数据分析,建立仪器常数随环境温度变化的数学模型是减少温度影响的最佳途径。在仪器设计的适应环境温度的低温、 室温和高温条件下,计算仪器常数的平均值,检验其常数互差是否满足稳定性要求。通过大量实验数据分析表明,随着温度的变化,仪器常数大体上呈线性变化,同时仪器常数随温度变化具有可逆性。
数据分析证明,仪器常数的温度修正具有可行性。通过实施仪器常数的温度修正,减弱环境温度变化引起的常数漂移。本文采用大量实验数据,剔除粗差数据后采用最小二乘进行线性回归,建立仪器常数温度修正模型。图1为某台陀螺经纬仪的实验环境下的温度变化曲线,进而建立温度修正模型:
温度改正方程的标定参照仪器检定周期建议每年进行一次。
3. 3测定仪器随时间漂移曲线
一般情况可以认为仪器在短时间内是稳定的, 没有显著的突变发生。仪器长时间的稳定性及系统性的漂移规律,则可以由较长时间的连续观测结果的分析来确定。
本文对某型陀螺经纬仪在实验室进行了近长时间的连续观测,并将逆转点中值绘制成过程曲线, 逆转点中值的变化过程是一个由开机的初期到稳定期的变化过程,且具有一定的周期性。稳定期从开机后的20min左右开始,大约2h后进入衰减。
在实际操作中,可以通过开机一段时间后再进行观测,有利于进一步提高定向精度。确定仪器测值有无显著的漂移因素和选择最佳的观测时段,这将有利于提高定向精度。
3. 4减少环境风流和施工影响
AGT-1仪器中有特殊的抗风和抗振动设计,一般情况下其定向精度不受风吹和振动的影响。但陀螺经纬仪在较大的风吹和震动的影响下会产生晃动,无法读取时间或准确取得逆转点而导致返工, 所以定向时往往要在定向测量现场挡风和协调某些工种停工。
4生产应用
在广州市城市轨道交通某试验段,利用AGT-1自动陀螺经纬仪进行轨道交通地下巷道定向。按照现行的 《陀螺寻北仪通用规范》 ( GJB 2863 -1997) ,需要在定向前后两次与已知边比测,测定仪器常数。
工作步骤如下: ①当进入一个新的地区定向前,在该地区测定该陀螺仪在这个地区的跟踪周期。陀螺仪的陀螺部分维修或调整后,以前测得的跟踪周期不可用,也必须重新测定。②在已知坐标方位角的边上测量n次已知边的陀螺方位角,用以计算仪器常数。③在待定坐标方位角的边上测量n次待测边的陀螺方位角。④在同一固定边上,重复测定仪器常数。
本次跟踪周期采用507秒,三点测时法观测, 已知边和待定边各观测3个测回。在地面测定子午线收敛角。在地面GPS控制网测定仪器常数时地下与地面温度介于19℃ ~27℃; 温差8℃,仪器常数变化最大差值19. 4″,基本成线性变化,变化率为2. 3″ / ℃ ; 测量时间控制在开机后15min ~ 30min之间的稳定期; 通过温度改正和选定稳定周期,大幅度提高了定向精度和准确度。在整个观测定向过程中,严格按照陀螺经纬仪器的定向精度优化策略进行观测和数据处理,取得了良好的定向精度。测前测后三测回仪器常数平均值较差7″,符合规范不大于15″的要求。证明本方法技术可行,对于提高自动陀螺仪定向精度具有显著效果。
5结论
陀螺定向在三河尖矿区中的应用 篇3
三河尖煤矿随着开采深度的增加, 由于受压力、温度等各种复杂环境条件的影响, 导致原有的测量控制点发生变形, 对矿井的安全生产带来测量隐患, 为了矿井的安全生产和以后测绘工作提供精确的测绘数据资料, 需在-700水平大巷南翼、东翼加测陀螺边2条, 对其进行方位及高程进行重新施测, 目的是防止测量误差引起测量技术事故, 以提高井下导线控制精度, 保证三河尖矿井安全生产。
本次在-700水平大巷东翼实测陀螺边10-8'、南翼实测陀螺定向边2-1, 7″级基本控制导线全长3560m。具体工程量详见下图。
2 已有资料分析
根据三河尖煤矿提供的前独山集和煤仓两个矿井四等控制点作为地面已知边, 求取仪器常数, 经检核满足本次陀螺定向的技术要求, 具体坐标见下表。
3 陀螺准确定向
3.1 作业详细步骤
该次陀螺定向通过采用索佳陀螺经纬仪进行正确定向, 利用跟踪逆转点法对定位进行观测, 三→二→二的程序进行工作作业。我们首先在地面已知的边上进行三个测回的仪器常数测定, 分别再到井下陀螺定向边上进行两个测回的陀螺方位角观测, 上井后再在地面已知的旁边进行两个测回的仪器常数测定。
(1) 利用地面已知边测定仪器常数
我们假设陀螺仪轴的稳定位置与地理子午线相互不重合, 二者之间的夹角为仪器常数, 利用△进行表示。陀螺仪的子午线的位置在地理子午线的东边△为正;相反为负。A0为地理方位角, αT为陀螺方位角。如图3-1所示, 我们可以按照下式得出仪器的常数:
在下井定向之前, 在已知边上需要进行三次仪器常数的测定, 各次之间的互差必须小于40″。
(2) 井下定向边上测定陀螺方位角时
如图3-1所示, 仪器安置主要在C'点上, 这样可以得出C'D'边的陀螺方位角αT'。则定向边地理方位角为A:
测定定向边陀螺方位角需要进行二次独立测量, 之间的互差必须小于40″。
(3) 仪器上井只有需要重新测定仪器的常数
仪器上井之后, 需要在已知边上重新测定仪器常数三次。前后之间两次测定仪器常数, 其中任意两个仪器常数的相互差必须小于40″, 在求出仪器常数的值。
(4) 求算子午线收敛角
如图3-1所示, 地理方位角和坐标方位角的关系为:
子午线收敛角γ0的符号需要由安置陀螺仪位置确定, 在中央子午线以东为正, 以西为负。
(5) 求算井下定向边的坐标方位角
由图3-1及式 (3-1) 、 (3-3) 可得:
因此井下定向边的坐标方位角为:
式中△平-仪器常数的平均值。
3.2 精度要求
陀螺全站仪需要在悬挂带零位时进行检校与观测, 在观测过程之中, 悬挂带零位偏差要小于0.5格, 不需要加悬挂带零位差改正。测回内各左右逆转点中数差小于20秒, 测回间陀螺方位角差小于40秒符合《煤矿测量规程》限差规定。
3.3 井下导线测量
井下的基本控制导线严格按照《煤矿测量规程》中关于井下±7″级控制导线的有关要求进行实测, 采用双仪器法进行测量。水平角最大互差不超过30″, 边长使用光电测距进行实测, 且边长原则上控制在200m左右, 减少测站数, 以达到最大限度的减弱对中、瞄准、读数等误差来源。
经实测数据得, 井下7″级基本控制导线测量点位误差△x=-0.114 m、△y=+0.086 m, 其相对误差为1/16285, 满足《煤矿测量规程》规定中复测支导线全长相对闭合差1/6000的精度要求。
4 精度评定
4.1 陀螺定向精度评定
由表1计算, 陀螺方位角一测回测定中误差m=±13.9″, 小于《煤矿测量规程》规定的±15″, 完全符合精度要求。
由表2计算, 陀螺方位角测角中误差为±11.3″, 小于《煤矿测量规程》规定的±15″, 完全符合精度要求。
5 结论
(1) 本次采用先进的陀螺经纬仪进行井下加测陀螺边, 重新施测了以前由于巷压力、温度等环境因素影响的基本导线点, 所加测的两条陀螺边精度满足《煤矿测量规程》要求, 提高三河尖井下测量精度, 为以后井下巷道贯通打下精确基础。
(2) 本次用陀螺经纬仪与全站仪配合实测, 实现了电子测角、测距、电子计算信息化, 取代了矿山测量沿用已久的几何定向法, 自动化程度大大提高, 同时节约了人力、物力和时间等。
摘要：本次用索佳陀螺定向经纬仪为三河尖矿井下-700水平大巷东翼及南翼进行精准的位置定向, 这样能有效降低井下控制导线的测量方位, 从而使误差降低, 减轻误差的累积, 精准的核对导线在测量中测角粗差, 使井下巷道能够精确贯通, 对同类矿井测绘工作具有一定借鉴意义。
定向陀螺 篇4
光学测角由于具有非接触性、精度高和结构简单等特点而备受人们的重视，因此使用光学测角的方法得到了越来越广泛的应用[1]。本文以微机械陀螺仪为对象，采用基于光学技术进行小角度测量的方法，设计了合理的实验方案，搭建了实验台架，对微机械陀螺仪进行了小角度定向的验证实验，并分析了实验过程中的误差来源。
1 测量方法
1.1 测量装置
PA-3ARG系列三轴角速率陀螺仪是无旋转马达的固态角速率陀螺仪,用于测量三轴角速率的传感器，其分辨率达0.05°/s。如图1所示,整个测量系统由PA-3ARG角速率陀螺仪(以下简称陀螺仪)、数据采集系统、半导体激光器、平面镜、透镜、线阵CCD传感器、图像采集系统等组成。
数据采集系统的主要功能是采集陀螺仪的输出信号。当陀螺仪以某个速率转动一定角度时，利用数据采集系统采集陀螺仪输出的角速率信号，对采集到的数据进行积分后即可得到陀螺仪转动的角度。为了验证该角度，本文设计了一种基于光学技术的小角度测量系统。由半导体激光器发出的连续平行激光经过聚焦透镜，入射到与陀螺仪连接在一起的平面镜1上，反射光线再入射到平面镜2上。随着陀螺仪的转动，反射光线入射在平面镜2上的位置也发生变化，经过平面镜2的二次反射后成像到位于成像透镜焦平面的CCD靶面上。利用CCD传感器和图像采集系统可测出CCD靶面上两成像点之间的偏移距离d，根据几何关系，可求得陀螺仪的偏移角度γ与成像点的偏移距离d之间的关系[2]。
1.2 光学测量小角度原理
基于光学技术的小角度测量系统利用了光学自准直原理，传统的光学自准直光管原理图如图2所示[1]。光源发出的光经聚焦透镜后入射到位于成像透镜焦平面上的分划板O点处，再经成像透镜后成为平行光束;垂直于光轴安放一平面镜，则平行光束反射回来，通过成像透镜仍在分划板原来位置成实像，与原目标重合，这种现象称为“自准直”。当平面镜倾斜α角时，按光的反射定律，平行光轴的光线射向平面镜，则反射光线与原光线成2α返回，在分划板上距离O点为t的O′点处成像，t与α的关系为:
式(1)中f为成像透镜的焦距，通过测量t，即可以计算出倾角α的值。
在本测量系统中，光线在平面镜间经过2次反射，可以提高测量的灵敏度;通过光路的折叠，可以减小系统的体积。如图1所示，当陀螺仪主轴没有相对转动时，平面镜1和平面镜2相互平行，其中平面镜1为动镜，平面镜2为静止镜。入射光线经过平面镜1反射到平面镜2上，二次反射后的光线经过成像透镜后汇聚到CCD靶面上一点。当陀螺仪主轴转动一定角度γ时，平面镜1同陀螺仪主轴一同转动，两平面镜不平行，产生夹角γ，则经过平面镜1反射的光线入射到平面镜2时，入射角为α-2γ，再经过反射后，反射光线汇聚到CCD靶面上的另一点，设CCD靶面上2次成像点的距离偏移量为d，则根据透镜成像规律可得d与γ之间的关系为：
(2)式中，f为成像透镜的焦距，α为入射光线与水平面之间的夹角，所以只需准确地测出d的值，即可得到陀螺仪转动的角度γ：
1.3 数据采集系统
数据采集系统的主要功能是采集陀螺仪输出的角速率信号。本文主要研究陀螺仪作小角度往复振动过程中的测量问题。为了便于分析数据，数据采集从陀螺仪静止开始，直到完成振动过程并回到初始状态结束。采集完成后，利用上位机对数据进行分析、处理，并进行波形显示，如图3所示，横坐标表示时间，单位为毫秒，纵坐标表示陀螺输出的角速率信号对应的电压值，单位为伏。
角度的计算过程：由于陀螺仪在开始时处于平衡静止状态，所以积分初始值从陀螺仪处于零位时的输出值开始，选取一定时间段的角速率信号对应的电压值后开始积分。例如，要计算图3中某点的角度值，则选取该点的前一个零位点到该点这一时间段的电压值进行积分即可。积分时需要注意：计算积分初始值时，应该取图3所示波形图中前端比较平稳的那段数据的平均值，将该值作为积分的零点，代入公式进行计算。
2 测量结果
为了验证陀螺仪的测量精度，在某次振动测量中，对采用陀螺仪测量的结果和采用光学测角方法测量的结果进行了比较，比较结果如表1所示。通过对比可以看出，陀螺仪和光学测角方法测量的结果差别在0.01°之内。
3 误差分析[2,3]
3.1 光斑的形状、CCD传感器引入的误差
理想的激光斑像点应该是单个圆滑的圆点或单根线条，但在实际测量中，点像或线像会出现许多变形，这些变形来源于光源、物体表面粗糙度和CCD传感器。当激光光束光强分布不好，物体表面粗糙或者CCD图像采集电路有干扰时，会使像点的信号强度分布出现毛刺、多峰，给探测光斑中心造成困难。另外，从CCD获得的像点数据首先要进行数字滤波，剔除随机性大的误差数据。数字滤波一般使用中值滤波方法，其依据是物体表面不会突然发生特别大的变化。当然，对于真正的物体台阶，也会有平滑作用，这样就会不可避免地引入了一定的测量误差。
3.2 零位误差
本文在原理误差的分析中假设实际测量时的起始位置与理论零位相一致，然而在实际测量中，这显然不易做到。这是因为在测量前进行光路安装调整时，一般无法使CCD图像传感器精确地位于透镜的焦平面上，而且这种不确定性带有随机性。在测量起始位置，由于CCD图像传感器不能精确地位于成像透镜的焦平面上，导致式(3)中的d值出现一定的误差。另外，对于入射光线的入射角也不能保证与理论值完全吻合，这也会引起一定的误差。因此，如何在快速高效安装调整的同时又能尽量减小零位偏移量，使零位误差影响最小，同样是高精度测量中应该重视的问题。
3.3 温度变化带来的误差
在测量过程中，假设环境空气折射率均匀分布。但是实际上温度的变化会造成空气折射率的非均匀分布，这时光线传输将发生弯曲，这将直接影响被测角度的准确性。因此，测量环境的温度分布不均匀也给测量带来了一定的误差。
本文提出了一种基于光学测角技术
验证陀螺仪小角度定向的装置和方法，通过将小幅度的角度转动转换成细小的投射光点在线阵CCD靶面上较大位置的移动，以及采用2个平面镜进行二次反射，提高了系统的测量精度，减小了系统的体积。文中对基于光学技术的小角度测量结果和使用陀螺仪测量的结果进行了比较，验证了陀螺仪小角度定向的精确性，整个系统测量精度高，结构简单，具有一定的实用价值和通用性。最后，对在实际测量过程中存在的误差来源进行了分析，这对进一步提高测量精度奠定了理论基础。
参考文献
[1]杨勇,崔秀华,徐志恒,等.一种新型用于陀螺定向的小角度测量系统的研究.航空精密制造技术,2000,36(6).
[2]李高勇,孙志宏.线阵CCD小幅角位移实时检测系统.微计算机信息,2007,23:(6-1).
定向陀螺 篇5
关键词：陀螺,全站仪,稳定性,准确度
全自动陀螺仪是一种能够通过地球自转角动量而独立测定任意纬度、测线、真北方向的敏感定向仪器。由于陀螺仪可以不受外界气象条件的干扰, 能够在任意时间、任意季节, 对所测量的地域进行全天候、各个时段的测量。因此, 被大量的运用于矿井联系测量、大型隧道以及大型贯通、井下长距离首级导线测量中。
在工程中, 我们所采用的地面GPS控制网测量定位, 井下加测陀螺边定向, 配合全站仪导线测量能够实现高精度的井上下控制测量, 提高陕北矿区井下长距离导线和大型贯通测量的精度。
1全自动陀螺仪在大型工程中的应用
在矿区测量过程中, 陀螺仪定向主要服务于矿井联系及井下控制和碎部测量。在测量过程中, 对于导线长达10km以上的贯通, 我们采用了地面GPS控制网定位, 确定开口方位、井下加测陀螺边提高导线测角精度、全站仪导线控制过程测量, 从而降低了劳动强度, 有效的解决陕北矿区大型贯通的精度问题。
在工作过程中, 我们按照陀螺仪的操作要求, 将陀螺仪安置在地面已知点上施测已知边两测回。在井下已测点上安置陀螺仪施测待测边三测回, 再返回地面施测已知边两测回。陀螺测回互差限差为15″, 外业观测在48小时内完成 (一般在当天完成) 。通过计算陀螺方位以及已知边的方位和子午线收敛角, 算出陀螺仪器常数和井下待测边的真北方位。
2大型贯通工程中GPS、陀螺仪定向配合全站仪测量的联合应用
随着科学的不断进步, 在大型测量工程中GPS定位、陀螺定定向、全站仪导线测量具有测量速度快、计算严密、放样准确、劳动效率高等多种功能, 能有效地解决各种测量问题。在测量过程中, 传统的测量方法容易忽略投影平面及地球曲率两项改正和温度气压改正、精度低、劳动强度大等不足之处, 最后的测量成果精度较差, 而新技术联合测量观测速度快、精度高、省时省力效率高。
在GPS定位测量中, 可以通过布设D级或E级GPS网, 提高地面控制精度减少开口测量误差, 其点位精度在3.5cm以内, 对贯通测量的误差可以忽略不计, 从而提高贯通精度。
在井下全站仪导线测量中, 全站仪测边精度达:2mm+2D*10-6, 远高于规程要求的1/8000, 从而提高了测边精度。同时采用三架法或四架法测量可以减小风流影响降低对中误差, 切实有效降的减小测角误差, 实现长距离高精度控制测量。
在陀螺定向测量中, 采用的西安1001厂5″级全自动陀螺仪, 可快速有效的测量出待定边的真北方位, 其精度达5″以上, 远远高于井下7″级首级控制导线测角精度, 陀螺边可以作为坚强边对长距离导线分段平差, 从而提高导线测角精度, 减小贯通误差 (通过对长距离贯通导线加测和不加测陀螺边的贯通误差预计实例分析, 7km以上贯通误差可降低2倍以上, 距离越长降低效果越明显) 。
实际工作中, 开口定位是测量的基础, 必须准确无误, GPS控制网测量是井上下采用同一坐标系统, 有效的减小了起始误差。因为GPS反应的是点位精度, 边长越长, 边的方位误差越小, 因此必须不布设或少布设短边, 一般情况下, 边长以500~1000m为宜, 特殊情况下, 边长不得小于300m, 这样地面测量误差很小, 对最终贯通误差影响可以忽略不计。
井下全站仪导线测量时, 一般采用2″级全站仪, 其测边精度为2mm+2D*10-6, 精度很高, 但要尽量避免布设短边, 一般情况下边长以100~150m为宜。30m以下短边尽量不布设。在条件限制时, 边长最短在15m以上, 边长15~30m时, 应两次对中, 两个测回;边长30m以上时, 一次对中, 两个测回。这样不仅提高了测边精度, 同时也保证了测角精度。井下采用三架法或四架法测量, 可以克服巷道高、风流大的影响, 减弱测角误差, 保证导线精度。内业计算时, 要加入投影改正和归化改正 (温度及气压仪器自动改正) , 这样就保证了长距离导线计算的正确性 (一般3km以上加入两项改正, 5km以上导线必须加入两项改正) 。
陀螺定向测量, 要严格按规程规范要求进行, 规范测量操作和记录, 井下待测边必须在100~170m之间, 不能选短边。地面要在气象良好, 无大风及雨的条件下进行, 井上下还要远离高压电源、大型通信基站等产生强磁的地方, 减小陀螺定向误差。陀螺定向的主要作用在于, 提供高精度的陀螺边, 把陀螺边视为坚强边, 用陀螺边把长距离导线分为几段, 以陀螺定向方位强制平差分段导线, 从而提高贯通测量精度。
结语
综上, GPS定位、加测陀螺边、全站仪导线三者配合, 充分利用了GPS定位准确、陀螺定向精度稳定可靠、导线全站仪测边测角准确无误等特点, 从而精准的开口放线, 高精度的导线过程控制和陀螺定向作为坚强边, 强制平差分段导线, 从各个环节减小测量误差, 最终实现高精度控制之目的, 从而广泛应用于井上下控制测量和大型贯通工程, 深受测量者欢迎, 精准的完成各类矿区大型测量工程。
参考文献
[1]秦臻, 高井祥, 羌云娟.GAT陀螺全站仪在井下控制策略中的应用[J].测绘信息与工程, 2010 (06) :28-29.
[2]靳朝阳, 王润平, 秦臻, 等.陀螺全站仪在井下导线测量中的应用[J].矿山测量, 2010 (06) :57-60.