高精度陀螺全站儀在軌道交通工程測量中的應用

趙 啟

（中國水利水電第十工程局有限公司，四川成都 611830）

1 概述高精度陀螺全站儀

1.1 高精度陀螺全站儀基本工作原理

高精度陀螺全站儀是根據陀螺定向原理和地球自轉原理進行測定的高精度測量設備。由于高精度陀螺全站儀在應用時很少受地磁因素的干擾，且可適應復雜氣候條件下的精密測量要求，能夠按照工程需要對任意目標方向進行定位測量，因此在軌道交通工程等多個領域中得到了廣泛應用。

1.2 高精度陀螺全站儀的基本作業流程

應用高精度陀螺全站儀對陀螺方位角進行地下定向測量時，應嚴格遵守相關的測量規范要求，對地面已知邊進行測前測量，再對地下定向邊進行定向測量的順序開展測量。同時，為了保證測量精度，應在完成地下定向邊測量后，對地面已知邊再次進行測量。除此之外，按照測量規范的要求，在對陀螺方位角的地下定向邊測量時，應達到3次以上，且陀螺方位角在不同測回之間在同一目標方位上的最大較差應控制在20″以內。

1.3 軌道交通工程中應用高精度陀螺全站儀的主要問題

應用高精度陀螺全站儀進行尋北測量時，必須根據內置程序開展定向測量工作，大多數高精度陀螺全站儀的預設測量順序并不符合我國的測量規范要求，部分高精度陀螺全站儀無法對測回等重要參數進行自主設定，且高精度陀螺全站儀設備無法直接在強制歸心標上設置，影響了對中精度。此外，在應用高精度陀螺全站儀進行測量時，其測量精度會受到儀器常數因素的影響。

2 高精度陀螺全站儀在軌道交通工程測量中的應用實踐

2.1 某軌道交通工程基本概況

以某軌道交通工程為例，其在工程建設中需要進行隧道施工，隧道長度約為6.5 km，屬于長距離隧道。為了保證隧道工程貫通施工精度，需要定向檢查洞內長距離導線設置情況。根據該軌道交通工程的實際情況和施工精度要求，應采用高精度GYROMAT300型陀螺全站儀進行測量，以便及時發現施工誤差，保證施工質量和效率。

2.2 高精度GYROMAT300型陀螺全站儀分析

（1）基本技術指標。

本次軌道交通工程測量工作采用高精度GYROMAT300型陀螺全站儀，該設備的測量精度較高，能夠廣泛適應多種條件下的定向測量要求，可滿足該軌道工程對測量精度的要求。高精度GYROMAT300型陀螺全站儀共設置高精度、中等精度、高速度三種不同的測量模式，其在測量時間、標稱精度方面均有所差異。

在高精度模式下的標稱精度能夠達到1 mgon，但其一測回所需的時間大約需要10 min。在高精度GYROMAT300型陀螺全站儀的中等精度模式下，其標稱測量精度為5 mgon，其一測回的測量時間約為5 min。在高精度GYROMAT300型陀螺全站儀的高速度模式下，一測回的測量時間僅為2 min左右，標稱的測量精度在10 mgon左右。測量人員應根據工程測量的實際需要，進行相應測量模式的選擇，在該軌道交通工程中根據施工要求應選擇高精度測量模式。

（2）各角度關系分析。

在應用高精度GYROMAT300型陀螺全站儀施測時，測量人員應準確把控其各角度在定向測量中的相互關系，大地方位角為真北方向和目標方向之間夾角。

確定高精度GYROMAT300型陀螺全站儀的E值時，應以參考基線為基礎，在輸入后不得在測量作業過程中對E值進行修改。在測量過程中，應注意高精度GYROMAT300型陀螺全站儀自重、儀器移動或設備老化等問題，導致的高精度GYROMAT300型陀螺全站儀在真北方向及指北方向上存在細微改變。高精度GYROMAT300型陀螺全站儀的儀器常數為真北方向和零方向夾角值，陀螺方位角是高精度陀螺全站儀在目標方向上的讀數值。

在測量計算中，應準確把握陀螺方位、坐標方位角、大地方位角間的相互關系，以保證坐標方位角計算的準確性。可直接通過測量獲得目標方向上的坐標方位角值，并定期對高精度GYROMAT300型陀螺全站儀進行專業檢定。此外，為了獲得儀器常數，需要對地面已知邊進行多測回的定向測量。

（3）計算子午線收斂角方法。

在應用高精度GYROMAT300型陀螺全站儀進行測量時，應根據坐標真北方向、北方向夾角對子午線收斂角進行計算分析，在計算中應根據高精度GYROMAT300型陀螺全站儀的設置位置確定其符號，應將中央子午線以西作為負號，以東則應為正號。為了保證坐標方位角的計算精度，必須合理選擇子午線收斂角的計算方法。在選擇計算公式時，應充分考慮隧道兩端間距、經差以及緯度等因素，確保選擇計算公式的子午線收斂角計算結果精度，能夠達到測量規范中的精度要求。

2.3 應用高精度GYROMAT300型陀螺全站儀外業測量要點

（1）準確測定地面已知邊數據。

超聲造影檢查乳腺癌患者的特異性、靈敏性、準確性、陽性預測值、陰性預測值對比超聲彈性成像檢查，P＞0.05，數據之間不存在統計學意義。

在地面已知邊的測前測量工作中，可應用高精度陀螺全站儀，對與地下定向邊相距較近的鄰近地面已知邊進行測量，并確定測站、目標方向。

將高精度GYROMAT300型陀螺全站儀架設在測站點位置，且應保證高精度GYROMAT300型陀螺全站儀的指北箭頭，基本保持在北方指向。實際測量過程中，應先將主機整平，再進行材料開機測量，且GYROMAT300型高精度陀螺全站儀應設置在高精度測量模式下，以保證測量的精度。

開機后高精度GYROMAT300型陀螺全站儀可以自動完成尋北定向，之后應利用高精度陀螺全站儀對目標方向進行4個測回的測量，定向測量次數應為1次。完成測量后，應將高精度GYROMAT300型陀螺全站儀暫時關閉，再重新開機測量，且測量步驟應與之前測量保持同步，定向測量次數應為3次。

完成各次定向測量后，應關閉高精度GYROMAT300型陀螺全站儀，并待設備冷卻后，方可再次開機，以確保后續尋北測量的精度。在本次地面已知邊的測量中，測得的陀螺方位角值在3次定向測量中的最大較差為4″，該較差符合測量規范中20″的較差上限要求，滿足導線精密測量中對同一方向上各測回間的較差精度要求。

（2）測量地下定向邊要點。

對地下定向邊進行測量時，應將強制歸心標作為其控制點，直接在待測點上架設高精度陀螺全站儀，并合理確定其目標方向。在測量時可采用與地面已知邊相同的測量方法開展定向測量，測量人員應嚴格遵守測量規程，且尋北定向測量次數應達到5次以上。在對兩個目標方位定向邊進行定向測量時，對各測繪陀螺方位角測量數據進行對比分析，其最大較差分別為5.8″和5.9″，2個較差值均符合測量規范中較差不得超過20″的標準。

（3）地下定向邊測后測量要點。

完成對地下定向邊的測量后，應對地面已知邊再次進行定向測量。在本次測后測量工作中，對地面已知邊的定向測量次數為3次，且陀螺方位角在3次定向測量中的較差同樣被控制在20″范圍內，僅為1.4″，符合測量規范要求。

（4）處理測量數據要點。

應測定高精度GYROMAT300型陀螺全站儀常數，在測量工作中應嚴格按照相關測量技術規范進行外業測量，且每次定向測量的數據精度均應符合測量規要求，應以各測站給定的經差及緯度數據為基礎，對子午線收斂角進行計算，并求出改正陀螺方位角。地面已知邊方位角坐標與陀螺方位角改正值之差為高精度陀螺全站儀的儀器常數，在該軌道工程的測量工作中，應用高精度陀螺全站儀對地面已知邊進行測量，分別在測前及測后進行3次尋北定向，總測回達到6次，符合測量規范要求。

在對地面已知邊進行測前及測量的定向測量時，獲得的陀螺方位角差均值在2.3″左右，符合測量規范中要求不超過15″的規定。可將測前及測后定向測量中，獲得的儀器常數均值作為本次測量的儀器常數，并以此為依據對地下定向邊進行計算分析。經測量計算，兩個測站的坐標方位角較差分別為7.6″和5.4″，均未超過20″的最大較差范圍，符合測量規范的精度要求。

對子午線收斂角進行計算分析，計算陀螺方位角時，應以外業測量中地下定向邊的5次尋北定向測量結果，為基礎取其平均值，再結合測站的經差、緯度值等，對子午線收斂角進行計算分析。應根據地上定向邊測量時，獲得的高精度陀螺全站儀常數及在地下定向測量時，計算子午線收斂角，糾正陀螺方位角。

（5）分析高精度GYROMAT300型陀螺全站儀測量精度。

對全站儀角度實測值、陀螺方位角進行對比分析，其較差被控制在2.2″左右，符合軌道工程測量規范的精度要求，未超過10″最大允許值。

3 結語

高精度陀螺全站儀具有較高的測量精度，可定向檢核軌道交通工程的隧道洞內導線設置情況，有效提高長距離導線設置的精度，可保證隧道貫通施工的順利進行提供可靠的參考依據。在軌道交通工程的建設中，應積極應用高精度陀螺全站儀等先進的測量儀器設備。積極總結高精度陀螺全站儀的應用實踐經驗，通過連接基座的研制等途徑，提升高精度陀螺全站儀精度，確保軌道交通工程貫通測量定向基準精確無誤，推動我國工程測量技術的發展，提升工程建設的應用效果。