專利名稱：一種陀螺定向測量的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用陀螺全站儀進(jìn)行陀螺定向測量的新方法，可用于大型 隧道、城巿地鐵、礦井等貫通工程中陀螺定向測量。
背景技術(shù)：
陀螺定向測量是隧道、礦井、地鐵施工等貫通測量工作的重要組成部分， 由于貫通工程中，釆用支導(dǎo)線進(jìn)行定向測量，但隨著支導(dǎo)線的不斷延伸導(dǎo)線 的精度會由于測角、測距誤差的累積而不斷降低。為了保證貫通工程的順利 進(jìn)行就需要在支導(dǎo)線向前布設(shè)一段距離后，進(jìn)行一次陀螺定向測量，以校正 支導(dǎo)線的誤差。
現(xiàn)有的陀螺定向測量，首先需要在洞外已知測線上，通過與已知測線的 真北方位角進(jìn)行比對確定儀器常數(shù)^，然后再進(jìn)行洞內(nèi)陀螺定向，測量出洞
內(nèi)待定向測線的陀螺方位角^，再根據(jù)^與^共同計算洞內(nèi)待定向測線的真 北方位角，最后根據(jù)真北方位角與坐標(biāo)方位角的數(shù)學(xué)關(guān)系^M +7 (」wt
為測線真北方位角，",為測線坐標(biāo)方位角，y為測站點子午線收斂角)計算 洞內(nèi)測線的坐標(biāo)方位角= ^wt - y 。整個陀螺定向測量過程不光要進(jìn)行儀
器常數(shù)標(biāo)定的繁瑣過程，而且還要在洞內(nèi)外分別計算測站點的子午線收斂角， 以間接求取真北方位角。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工陀螺經(jīng)緯儀正在被新型的自動化程度 較高的陀螺全站儀所取代。新型的陀螺全站儀由全站儀與陀螺尋北本體兩部 分組成，并結(jié)合PDA、筆記本等外界數(shù)據(jù)媒體，可以進(jìn)行全自動、無依托尋 北定向測量。其中陀螺儀部分可以測量出陀螺尋北方向與陀螺馬達(dá)軸方向的 夾角，而全站儀部分一般選用具有絕對編碼度盤的全站儀進(jìn)行目標(biāo)照準(zhǔn)讀數(shù), 兩部分的讀數(shù)在外界數(shù)據(jù)媒體的配合下完成數(shù)據(jù)的存儲、計算、傳輸?shù)冗^程, 最終完成陀螺定向測量工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提《共一種不需要 標(biāo)定儀器常數(shù)，也不需要計算子午線收斂角即可實現(xiàn)定向測量的陀螺定向測 量的新方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是 一種陀螺定向測量的新方 法，該方法使用由全站儀與陀螺儀兩部分組成的陀螺全站儀進(jìn)^亍測量，該測
量方法包括以下幾個步驟
(1 )已知洞外測站點O和洞外目標(biāo)點C之間測線的坐標(biāo)方位角Z "fX.;
(2) 在洞外測站點O上安置陀螺全站儀，并照準(zhǔn)洞外目+示點C，啟動 陀螺馬達(dá)進(jìn)行陀螺定向測量得到陀螺北方向與陀螺馬達(dá)軸的夾角z row , 反復(fù)測量多次，取該夾角平均值；
(3) 計算步驟(1)中所述坐標(biāo)方位角與步驟(2)中所述夾角的差 值Z6^.-z:raM,根據(jù)計算結(jié)果對全站儀進(jìn)行水平度盤標(biāo)定， 一示定步驟(l) 中所述測線與全站儀水平度盤零方向的夾角aoc = z 。(: -;
(4) 將步驟(3)中標(biāo)定后的陀螺全站儀安置在洞內(nèi)測站點o'上，啟動 陀螺馬達(dá)進(jìn)行陀螺定向測量，得到陀螺北方向與陀螺馬達(dá)軸的夾角zroM'， 全站儀照準(zhǔn)洞內(nèi)目標(biāo)點c',進(jìn)行正倒鏡觀測并讀數(shù)，讀數(shù)值即為洞內(nèi)測線o'c'
與全站儀水平度盤零方向的夾角z丄oc';
(5) 依據(jù)公式a〃a.G。-少)進(jìn)行計算，^為洞外測站點o點與洞內(nèi)測站
點O'之間的子午線收斂角之差，其中// = 32.23tanp;該公式當(dāng)洞內(nèi)測站點和洞 外測站點的距離不超過10km、絆度小于60。時釆用；其中p為當(dāng)?shù)責(zé)樁龋瑈。 為洞內(nèi)測站點的橫坐標(biāo)，少為洞外測站點的橫坐標(biāo)，_y。、少單位為km;
(6) 計算洞內(nèi)測線0'C'的坐標(biāo)方位角Z"。,c,ZTOM' + Z丄(9C' + A，即完成
洞內(nèi)測線O 'C'的陀螺定向測量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明方法省去了以往進(jìn)行陀螺 定向測量時標(biāo)定儀器常數(shù)的繁瑣過程，也不需要計算子午線收凌太角，釆用全 新的方法進(jìn)行定向測量，簡化了陀螺定向測量過程。


圖1為本發(fā)明方法中陀螺全站儀標(biāo)定前度盤示意圖。
圖2為本發(fā)明方法中陀螺全站儀標(biāo)定后度盤示意圖。 圖3為本發(fā)明方法中陀螺全站儀方向指示示意圖。 附圖標(biāo)記說明
l一陀螺儀水平盤； 2—全站儀水平度盤；
具體實施例方式
如圖l、 2和3所示，oc為照準(zhǔn)目標(biāo)測線方向；Oc為坐標(biāo)北方向；o;v為 真北方向；or為陀螺北方向；oz為全站儀水平度盤零方向；OM為陀螺馬達(dá) 軸方向。
有洞外已知點o、 c,平面坐標(biāo)分別為^，>;。)和(&,》:)；洞內(nèi)測站點o'平 面坐標(biāo)為(x;"K)。
根據(jù)洞外已知點o、 c的平面坐標(biāo)計算洞外已知測線的坐標(biāo)方位角Z6^;
在已知點o安置陀螺全站儀，啟動陀螺馬達(dá)，測量陀螺馬達(dá)軸與陀螺北 向的夾角zroM,反復(fù)測量三次，取平均值；
陀螺全站儀照準(zhǔn)目標(biāo)點c,計算z"。(，zroM,根據(jù)計算結(jié)果對全站儀
進(jìn)行水平度盤標(biāo)定，標(biāo)定測線與全站儀水平度盤零方向的夾角
將陀螺全站儀轉(zhuǎn)移到洞內(nèi)，并安置在o'點上，照準(zhǔn)c'點，啟動陀螺馬達(dá)， 測量陀螺馬達(dá)軸與陀螺北向的夾角zro^r，反復(fù)測量兩次，取平均值；
全站儀正倒鏡觀測c'點兩測回，并記錄讀數(shù)測線與全站儀水平度盤零方
向的夾角<formula>formula see original document page 5</formula>;
將陀螺測量結(jié)果zroM'與全站儀測量結(jié)果zi:oc'相加；
計算洞內(nèi)外測站點o點與o'點之間的子午線收斂角~ ;依據(jù)公式
<formula>formula see original document page 5</formula>進(jìn)行計算，&為洞外測站點o點與洞內(nèi)測站點o'之間的子午線
收斂角之差，其中// = 32.23tanp;該公式當(dāng)洞內(nèi)測站點和洞外測站點的距離不 超過10km，緯度小于60。時釆用；其中^為當(dāng)?shù)鼐暥龋瑈。為洞內(nèi)定向點的橫坐標(biāo)，少為洞外定向點的橫坐標(biāo)，y。、 y單位為km;
計算洞內(nèi)測線O'C'的坐標(biāo)方位角Z"。.c. = zrOM' + Z丄OC' + & 。 如圖3所示，假設(shè)洞外測線OC的真北方位角為Z^。c,即ZiVOC,坐標(biāo)方
位角為Z"。c,即厶OC, O點的子午線收斂角為y。，經(jīng)過陀螺儀測量得到
zroM,全站儀水平度盤值設(shè)為z"。c-z:tom,此時，在洞內(nèi)任意測線上陀螺
儀測量得到的zroM'與全站儀測量得到的zzoc'之和，則正好等于與洞內(nèi)測 線的真北方位角相差&的角度值(注意這里的&為洞外設(shè)置度盤測站點處 的子午線收斂角)"'-y。 (^'表示洞內(nèi)測線的真北方位角)，即
<formula>formula see original document page 6</formula> ( 1 )
于是，洞內(nèi)測線的真北方位角"'為
<formula>formula see original document page 6</formula> (2)
由于2, = 2""+/ ( Zc^標(biāo)表示洞內(nèi)測線的坐標(biāo)方位角，/表示洞內(nèi)測站點 處的子午線收斂角)，所以洞內(nèi)測線的坐標(biāo)方位角為2";標(biāo)=2,-/，即
<formula>formula see original document page 6</formula>(3)
其中n - /為洞外測站點與洞內(nèi)測站點的子午線收斂角之差& 。
"，其中// = 32.23 tanp (當(dāng)洞內(nèi)和洞外定向點的距離不超過5 ~ 10km，纟韋度小于60。時釆用)，^為當(dāng)?shù)責(zé)樁?，y。和y為洞內(nèi)和洞外定向點 的橫坐標(biāo)(km);
所以，如果依據(jù)坐標(biāo)北向基準(zhǔn)進(jìn)行洞外全站儀度盤標(biāo)定，那么洞內(nèi)測線 定向測量的成果計算式為
<formula>formula see original document page 6</formula>(4 )
使用這種方法在洞外進(jìn)行度盤標(biāo)定時，zroM要通過多次測量求取平均值 的方法來確定，因為zroM的確定將直接影響到水平度盤標(biāo)定的準(zhǔn)確度，進(jìn) 而影響到最終洞內(nèi)坐標(biāo)方位角的計算成果。
權(quán)利要求
1. 一種陀螺定向測量的新方法，該方法適用于由全站儀與陀螺儀兩部分組成的陀螺全站儀，該定向測量方法包括以下幾個步驟(1)已知洞外測站點O和洞外目標(biāo)點C之間測線的坐標(biāo)方位角∠αOC；(2)在洞外測站點O上安置陀螺全站儀，并照準(zhǔn)洞外目標(biāo)點C，啟動陀螺馬達(dá)進(jìn)行陀螺定向測量得到陀螺北方向與陀螺馬達(dá)軸的夾角∠TOM，反復(fù)測量多次，取該夾角平均值；(3)計算步驟(1)中所述坐標(biāo)方位角與步驟(2)中所述夾角的差值∠αOC-∠TOM，根據(jù)計算結(jié)果對全站儀進(jìn)行水平度盤標(biāo)定，標(biāo)定值為步驟(1)中所述測線與全站儀水平度盤零方向的夾角∠LOC＝∠αOC-∠TOM；(4)將步驟(3)中標(biāo)定后的陀螺全站儀安置在洞內(nèi)測站點O′上，啟動陀螺馬達(dá)進(jìn)行陀螺定向測量，得到陀螺北方向與陀螺馬達(dá)軸的夾角∠TOM′，全站儀照準(zhǔn)洞內(nèi)目標(biāo)點C′，進(jìn)行正倒鏡觀測并讀數(shù)，讀數(shù)值即為洞內(nèi)測線O′C′與全站儀水平度盤零方向的夾角∠LOC′；(5)依據(jù)公式δr＝μ·(y0-y)進(jìn)行計算，δγ為洞外測站點O點與洞內(nèi)測站點O′之間的子午線收斂角之差，其中id="icf0001" file="S2008100182682C00011.gif" wi="27" he="3" top= "170" left = "103" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>該公式當(dāng)洞內(nèi)測站點和洞外測站點的距離不超過10km、緯度小于60°時采用；其中id="icf0002" file="S2008100182682C00012.gif" wi="2" he="2" top= "180" left = "151" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>為當(dāng)?shù)鼐暥?，y0為洞內(nèi)測站點的橫坐標(biāo)，y為洞外測站點的橫坐標(biāo)，y0、y單位為km；(6)計算洞內(nèi)測線O′C′的坐標(biāo)方位角∠αO′C′＝∠TOM′+∠LOC′+δγ，即完成洞內(nèi)測線O′C′的陀螺定向測量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陀螺定向測量的新方法，該方法使用由全站儀與陀螺儀兩部分組成的陀螺全站儀進(jìn)行測量，該方法包括以下幾個步驟首先在洞外已知測線上，根據(jù)坐標(biāo)方位角和陀螺定向測量值進(jìn)行全站儀水平度盤標(biāo)定，然后在洞內(nèi)待定向測線上進(jìn)行陀螺定向測量，將陀螺儀讀數(shù)與全站儀讀數(shù)相加，最后再將計算結(jié)果加上洞內(nèi)外測站點之間的子午線收斂角之差，即可得到洞內(nèi)測線的坐標(biāo)方位角。與傳統(tǒng)陀螺定向方法相比，該方法無需計算子午線收斂角和儀器常數(shù)，即可完成洞內(nèi)導(dǎo)線邊坐標(biāo)方位角的測定。
文檔編號G01C19/00GK101285684SQ200810018268
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者楊志強(qiáng), 田永瑞, 震 石 申請人:長安大學(xué)