索佳陀螺全站仪的误差预计分析及在巷道贯通中的应用

韩玉伟，赵鹏磊

（山东黄金归来庄矿业有限公司，山东 平邑 273307）

1 索佳陀螺全站仪定向误差预计与分析

相对于传统的陀螺经纬仪，索佳陀螺全站仪把陀螺仪和全站仪有机的联结，并在全站仪中内置了跟踪逆转点法和中天法两种程序，使用和操作更加简单，减少了定向过程中人为操作误差。但在陀螺全站仪定向过程中，如不按照规范要求操作影响其测量精度的因素也会很多，一般说来，陀螺全站仪的一次定向中误差都在其出厂时的标称精度内。但是，由干仪器的制造工艺水平限制、测量时外界条件以及使用方法，都直接影响到陀螺定向时的精度。所以，在使用前对陀螺全站仪的定向精度做好充分的分析与探讨，具有重要的实践意义。

1.1 理论分析

陀螺全站仪定向时产生的误差来源与观测方法有关。就踪逆转点法来说，其操作步骤为：在精度较高的已知点上测定仪器常数，在定向边上测出陀螺方位角。从而引起跟踪逆转点法误差的因素很多，要将整个陀螺定向时各种影响因素都考虑进去，主要有以下几个方面：

（1）全站仪测定方向值的误差;

（2）上架式陀螺仪与全站仪的连接误差;

（3）悬挂带零位变动误差;

(4）灵敏部摆动平衡位置的变动误差;

（5）外界条件，如风流、气温及震动等因素的影响。

1.2 全站仪测定方向的误差

一条测线一次观测的步骤为：仪器在测站对中整平;以5个连续跟踪逆转点测定陀螺北方向值;以一测回测定测线方向值。全站仪测定方向的误差包括：

（1)对中整平误差。假定测线边长d=50m，测站偏心和日标偏心e都是1.0mm,则觇标对中误差和仪器对中误差为：

（2）全站仪测定方向值引起的定向误差。对于GPlx,配置2″的全站仪，则有定向误差为mL为：

(3)逆转点观测确定陀螺北方向的误差mN0：逆转点观测误差mU包括跟踪瞄准误差和读数误差。

考虑跟踪瞄准误差mV和读数误差m0的共同影响，跟踪瞄准误差mV和读数误差m0的计算方法，mV=4"，m0=3"，则逆转点观测误差mU为

由5个逆转点读数计算平均值的公式为：

N0=(1∕12)(U1+3U2+4U3+3U4+U5)

则相应的误差为：

m2N0=(1∕122)(m2U1+9 m2U2+16m2U3+9m2U4+m2U5)若等精度观测，则mU1=mU2=……=mUn

逆转点观测确定陀螺北方向的误差mNO：

mN0=±1∕2 mU=±2.5"

故全站仪测定方向的误差mh为：

m2h=2m2中+m2L+m2N0=2×2.832+1.42+2.52=24.2278

mh=±4.9″

1.3 陀螺仪与全站仪的连接误差

每次定向时都要把陀螺仪与全站仪进行连接，拆装再连接必然要造成方向误差，参考同精度WILDT3的实测数据，这项误差的实际影响为：mb==±2″。

1.4 悬挂带零位变动误差

悬挂带对陀螺摆动系统的指向起阻碍作用，在观测时采用跟踪的方法可以消除悬挂带扭力的大部分影响。悬挂带材料的力学性质的优劣、陀螺运转造成的升温、外界气候的变化以及摆动系统的机械锁紧和释放等因素的影响，均会引起零位变动。参考JT15陀螺经纬仪的实测结果，悬挂带零位变动中误差ma=±4″。

1.5 灵敏部摆动平衡位置的变动误差

影响摆动平衡位置变动的主要因素是：电源电压频率的变化引起角动量的变化，灵敏部内部温度的变化引起重心位移以及由于温升造成悬挂带和导流丝的形变等因素，都会造成平衡位置的变动。灵敏部摆动平衡位置变化最大为20″，中误差为±12"，因此观测时由5个逆转点计数计算出三个摆动中值取平均，得到平衡位置不稳定性引起的方向误差为：

1.6 外界条件，如风流、气温及震动等影响

这些条件的影响程度较为复杂，无法精确测定，可m外=±7″。

1.7 陀螺方位角一次测定中误差

依据以上理论分析，根据照误差传播定律，测线陀螺方位角一次测定中误差mT为：

m2T=m2h+m2b+m2a+m2c+m2

外=4.92+22+42+6.92+72=140.62

mT=±11.9″

误差分析的结果说明，索佳GP1x陀螺全站仪(20″)的设计精度是完全符合井下定向技术要求的。

2 实例应用

（1）工程概况。某矿山主斜坡道从露天-32水平至2中段全长2200多米，此次正好又有贯通工程，由于当时的控制点只能采取用支导线测量的方法，没有检核，所以随着测站的增加，支导线误差累积越来越大，并且贯通距离长，极易发生偏差。为确保在规定限差范围内准确贯通，决定采用索佳陀螺全站仪定向的方法来校核己经施测的7″导线。

当2中段斜坡道方向还有130多米就要贯通时，我们就拿出了施测方案，决定用1中段原来从箕斗井导下的方向边跟引出的E4及E6边为起算边，向粉矿回收井及斜坡道两个方向推算，并在2中段加测一条陀螺边的方法进行坐标推算，这样就使2中段的东西两个方向形成一个独立的控制网，避免由于起算边不同而引起误差过大的影响，并且还对原来从斜坡道导下的控制点作为一个检核，这样两套数据能够相互吻合做到有备无患。

（2）定向结果及对照。通过按照设定路线及定向边的定向，推算出坐标数据与前期坐标数据的对照如下表：

实测结果表明，地面已知点测定仪器常数，一次测定陀螺方位角的中误差达到±1.67″，精度较高。井下定向时由于受到风流及其他因素影响，定向精度相对差些，但也符合《有色金属矿山测量规程》规定要求。

从根据陀螺定向推算出的结果对比可以看出，A点X值互差17mm，37-1点X值互差2mm，完全满足《有色金属矿山测量规程》中对支导线限差值的要求，说明此次陀螺定向的成果是完全可靠的。陀螺定向后，对原来的各边进行了分配，最终2中段精确贯通，最终实际贯通测量结果：

坐标增量闭合差△X±45mm，△Y=±14mm;

角度闭合差为12″；导线全长相对闭合差为：1/60000。

从最终贯通结果可以看出，采用陀螺定向后，贯通精度有了明显提高，完全符合贯通测量设计的各项技术要求。

3 结语

通过对索佳GP1X陀螺全站仪定向精度进行理论分析和实际应用得出如下结论：

（1）现场实测结果表明，索佳GP1x陀螺全站仪一次测定陀螺方位角的中误差达到±1.67",远小于其标定精度±20"，完全满足矿山大型贯通测量工程的要求。

（2）在测定仪器常数时，在满足《有色金属矿石测量规程》要求的前提下，尽可能选择精度高的已知边，如条件允许，尽量采用贯通测量的起始边，以减小测定仪器常数时的误差。

（3）在外界条件较为不利的条件下，如大风、大雾、温度变化较大的情况下，不宜进行陀螺定向测量工作。

（4）虽然陀螺全站仪较陀螺经纬仪有了较大改进，可以直接测定出陀螺方位角，但在测量时，一定要规范记录原始测量数据。采用逆转点法观测时，一般连续观测5个逆转点，计算三个陀螺摆动中值.相邻摆动中值互差的限差为30秒，间隔摆动中值的互差的限差为45秒;采用逆转点法测量时，只有满足上述要求，测出的结果才是真实可靠的。

（5）与几何定向相比采用陀螺定向时，投点不涉及方向传递，可节省大量劳力和时间，可以说是技术上的极大进步。