陀螺儀在豎井定向測量的應用

逯金龍 耿超

摘要：在進行豎井定向的時候，我國目前主要有兩種方法：第一種方法是幾何定向法，還有一種方法是陀螺定向法。與幾何定向法相比，陀螺定向法不僅操作非常的簡便，而且具有更高的測量精度，因此得到了非常廣泛的應用。本文主要對陀螺儀在豎井定向測量中的應用以及如何提高陀螺經緯儀定向效率的方法提出了幾點意見，以供相關人士參考。

關鍵詞：陀螺儀；豎井定向測量；應用

一、前言

在對礦井進行測量的時候，經常會使用到豎井定向測量的方法來進行測量，運用該方法進行測量主要是把地面的方向和座標通過豎井或斜井傳遞到井下，作為一個測量系統來對礦井進行測量的。利用這種測量方法，能夠確保地面和礦井的井下共同處在一個坐標系之下，這樣在進行繪圖、測量以及計算等操作的時候能夠更加的方便、準確，從而確保后面的采礦工程能夠更加順利的進行。因此，對于采礦工程來說，做好豎井定向測量工作是非常重要的。而在整個測量的過程中，使用陀螺經緯儀，不僅能夠對方位進行更加精準地定位，同時還能使得整個測量過程不會受到任何外界條件的限制，因此被廣泛的應用于豎井定向測量中。

二、陀螺儀的基本原理

在進行定向測量的時候，所使用到的陀螺儀都是自由陀螺儀，因為這種陀螺儀不會受到外力的作用，并且還具有三個自由度，能夠使得測量的結果更加的準確。這種陀螺儀一般有兩個特性：定軸性、進動性。在利用陀螺儀進行測量的時候，其重心是可以下移的，經常采用的方式是通過在自由陀螺儀軸上加重來實現的，當其重心下移之后，這時自由陀螺儀會有兩個完全的自由度，還有一個是不完全的自由度。因為它的靈敏部和鐘擺相似，所以稱為鐘擺式陀螺儀。

三、陀螺全站儀定向

1.陀螺全站儀作業定向過程

（1）測定陀螺儀常數

由于制作儀器時的精度有限，往往會使得制造的儀器存在著一定的誤差。一般來說，所制造的陀螺儀，其零刻度線與望遠鏡的零刻度線不在一個平面上，并且陀螺儀所穩定的位置與子午線并不是重合的，這兩者之間往往會存在一個夾角，用Δ表示。通過用儀器測定方位角為Ao的精密導線邊CD可求出一起常數： Δ=A0-aT（3-1）為CD邊陀螺方位角，在已知邊上測定儀器常數應進行2～3次，各次互差應滿足限差。

（2）測定井下定向邊的陀螺方位角

在對陀螺方位角進行測定的時候，一定要確保井下定向邊的長度在五十米以上，其方位角A為：A=a'T+Δ（3-2）

（3）在井上重新測定儀器常數

當測量儀器上井之后，需要再對儀器常數進行兩到三次的測定，并且需要在已知邊上進行，這樣能夠使得儀器常數的測定更加的準確。對于重新測量的儀器常數，需要確保兩者之間的差值在規定的范圍之內，并且需要對儀器常數的最值和平均值計算出來，然后再根據相應的公式來計算出測定過程中所發生的誤差。

2.陀螺儀懸帶零位觀測

為了確保陀螺儀定向測量的精度，不僅需要在進行定向測量之前做好陀螺儀懸帶零位的觀測，同時還需要在定向測量完成之后，也需要做好陀螺儀懸帶的零位觀測工作。而在進行懸帶零位測定的時候，首先需要將經緯儀放置平整，然后還需要對陀螺儀的照準部進行固定，最后采取相應的方法對陀螺儀的零度進行精確的測量，在測量準確無誤之后，需要將靈敏部進行鎖緊。

（1）精密定向

在對已知邊和定向邊的方位角進行測定的時候，通常所采用的測定方法就是精密定向法，這種方法根據不同的使用類型可以分為兩大類：第一類是在進行精密定向的時候，儀器的照準部處于跟蹤的狀態，這種方法又被稱之為逆轉點法；還有一種精密定向的方法是儀器的照準部固定不動，這種常見的定向方法有中天法、時差法和擺幅法等。

（2）陀螺經緯儀定向時的注意事項

在利用陀螺經緯儀進行定向測量的時候，需要格外的注意對其的使用和保護，因為使用這種儀器進行定向測量的時候，主要運用的是光、機和電相結合的動力原理，如果稍有不慎，就會使得定向測量的結果出現較大的偏差。因此，在使用的過程中，一定要按照相應的規范標準來進行測量，并且在使用和使用完畢之后，一定要注意輕拿輕放，以免損壞陀螺經緯儀的測量精度，影響其后面更好的使用。

在使用陀螺經緯儀的過程中，一定要注意以下幾個方面的工作事項：第一，在啟動陀螺經緯儀的時候，在其馬達的轉速還沒有達到額定的轉速之前，切不可松開或者是調節陀螺經緯儀的靈敏部，不然容易導致陀螺經緯儀出現失靈的情況出現。第二，陀螺經緯儀的馬達在高速旋轉時，并且其靈敏部緊鎖，切不可水平旋轉陀螺經緯儀。最后，還需要注意在使用的過程中，一定要確保接線的準確性，并確保用電的使用安全。

四、提高陀螺經緯儀定向效率的方法

1、將現有儀器改造成為高精度自動陀螺經緯儀

目前，在我國市場上，還沒有精度非常高的陀螺經緯儀，主要原因在于我國還沒有對高精度的陀螺經緯儀進行生產，這對給我國的豎井定向測量工作帶來了不小的挑戰。因此，為了確保將豎井定向測量工作做得更好，需要對已有的測量儀器進行有效的改造，從而將其改造成精度較高的陀螺經緯儀，以確保我國豎井測量工作的工作效率和工作質量。

2、進一步研制新型的測量儀器，提高測量的工作效率

為了使豎井定向測量具有更高的測量質量，還需要不斷研發新型的測量儀器，從而不斷提高豎井定向測量的工作效率和工作質量。目前，已經有學者研發出了一種新型的定向測量儀器，這種測量儀器是一種AFS-1自動陀螺快速定位定向系統，在使用的過程中能夠更好地進行定位定向測量工作，不僅在礦井施工中得到了有效的應用，同時還被廣泛的應用于地鐵掘進和隧道測量等工程中，并取得了不錯的應用效果。

五、結束語

陀螺儀是慣性導航系統與慣性儀表的核心部件，以陀螺儀為核心的相關設備和系統不僅在礦山測量方面應用廣泛，也廣泛應用于航海、航空、航天、陸地和兵器等導航領域。雖然我國在陀螺儀方面的發展狀況與國外先進水平相比仍有較大差距，隨著我國經濟技術的飛速發展，陀螺儀必將在我國獲得更大發展，并在軍民兩領域得到更為廣泛的應用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國能源部.煤礦測量規程[M].北京：煤炭工業出版社，2010.

[2]孫建國.陀螺儀在礦山測量中的應用[J].青海科技.2012.5（1）：39-41.