高精度陀螺全站儀在軌道交通工程測(cè)量中的應(yīng)用

趙 啟

（中國(guó)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(jù)陀螺定向原理和地球自轉(zhuǎn)原理進(jìn)行測(cè)定的高精度測(cè)量設(shè)備。由于高精度陀螺全站儀在應(yīng)用時(shí)很少受地磁因素的干擾，且可適應(yīng)復(fù)雜氣候條件下的精密測(cè)量要求，能夠按照工程需要對(duì)任意目標(biāo)方向進(jìn)行定位測(cè)量，因此在軌道交通工程等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

1.2 高精度陀螺全站儀的基本作業(yè)流程

應(yīng)用高精度陀螺全站儀對(duì)陀螺方位角進(jìn)行地下定向測(cè)量時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)的測(cè)量規(guī)范要求，對(duì)地面已知邊進(jìn)行測(cè)前測(cè)量，再對(duì)地下定向邊進(jìn)行定向測(cè)量的順序開(kāi)展測(cè)量。同時(shí)，為了保證測(cè)量精度，應(yīng)在完成地下定向邊測(cè)量后，對(duì)地面已知邊再次進(jìn)行測(cè)量。除此之外，按照測(cè)量規(guī)范的要求，在對(duì)陀螺方位角的地下定向邊測(cè)量時(shí)，應(yīng)達(dá)到3次以上，且陀螺方位角在不同測(cè)回之間在同一目標(biāo)方位上的最大較差應(yīng)控制在20″以內(nèi)。

1.3 軌道交通工程中應(yīng)用高精度陀螺全站儀的主要問(wèn)題

應(yīng)用高精度陀螺全站儀進(jìn)行尋北測(cè)量時(shí)，必須根據(jù)內(nèi)置程序開(kāi)展定向測(cè)量工作，大多數(shù)高精度陀螺全站儀的預(yù)設(shè)測(cè)量順序并不符合我國(guó)的測(cè)量規(guī)范要求，部分高精度陀螺全站儀無(wú)法對(duì)測(cè)回等重要參數(shù)進(jìn)行自主設(shè)定，且高精度陀螺全站儀設(shè)備無(wú)法直接在強(qiáng)制歸心標(biāo)上設(shè)置，影響了對(duì)中精度。此外，在應(yīng)用高精度陀螺全站儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其測(cè)量精度會(huì)受到儀器常數(shù)因素的影響。

2 高精度陀螺全站儀在軌道交通工程測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)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(shè)中需要進(jìn)行隧道施工，隧道長(zhǎng)度約為6.5 km，屬于長(zhǎng)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(nèi)長(zhǎng)距離導(dǎo)線設(shè)置情況。根據(jù)該軌道交通工程的實(shí)際情況和施工精度要求，應(yīng)采用高精度GYROMAT300型陀螺全站儀進(jìn)行測(cè)量，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工誤差，保證施工質(zhì)量和效率。

2.2 高精度GYROMAT300型陀螺全站儀分析

（1）基本技術(shù)指標(biāo)。

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

在高精度模式下的標(biāo)稱精度能夠達(dá)到1 mgon，但其一測(cè)回所需的時(shí)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(biāo)稱測(cè)量精度為5 mgon，其一測(cè)回的測(cè)量時(shí)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(cè)回的測(cè)量時(shí)間僅為2 min左右，標(biāo)稱的測(cè)量精度在10 mgon左右。測(cè)量人員應(yīng)根據(jù)工程測(cè)量的實(shí)際需要，進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量模式的選擇，在該軌道交通工程中根據(jù)施工要求應(yīng)選擇高精度測(cè)量模式。

（2）各角度關(guān)系分析。

在應(yīng)用高精度GYROMAT300型陀螺全站儀施測(cè)時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)準(zhǔn)確把控其各角度在定向測(cè)量中的相互關(guān)系，大地方位角為真北方向和目標(biāo)方向之間夾角。

確定高精度GYROMAT300型陀螺全站儀的E值時(shí)，應(yīng)以參考基線為基礎(chǔ)，在輸入后不得在測(cè)量作業(yè)過(guò)程中對(duì)E值進(jìn)行修改。在測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)注意高精度GYROMAT300型陀螺全站儀自重、儀器移動(dòng)或設(shè)備老化等問(wèn)題，導(dǎo)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(xì)微改變。高精度GYROMAT300型陀螺全站儀的儀器常數(shù)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(biāo)方向上的讀數(shù)值。

在測(cè)量計(jì)算中，應(yīng)準(zhǔn)確把握陀螺方位、坐標(biāo)方位角、大地方位角間的相互關(guān)系，以保證坐標(biāo)方位角計(jì)算的準(zhǔn)確性?？芍苯油ㄟ^(guò)測(cè)量獲得目標(biāo)方向上的坐標(biāo)方位角值，并定期對(duì)高精度GYROMAT300型陀螺全站儀進(jìn)行專業(yè)檢定。此外，為了獲得儀器常數(shù)，需要對(duì)地面已知邊進(jìn)行多測(cè)回的定向測(cè)量。

（3）計(jì)算子午線收斂角方法。

在應(yīng)用高精度GYROMAT300型陀螺全站儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)坐標(biāo)真北方向、北方向夾角對(duì)子午線收斂角進(jìn)行計(jì)算分析，在計(jì)算中應(yīng)根據(jù)高精度GYROMAT300型陀螺全站儀的設(shè)置位置確定其符號(hào)，應(yīng)將中央子午線以西作為負(fù)號(hào)，以東則應(yīng)為正號(hào)。為了保證坐標(biāo)方位角的計(jì)算精度，必須合理選擇子午線收斂角的計(jì)算方法。在選擇計(jì)算公式時(shí)，應(yīng)充分考慮隧道兩端間距、經(jīng)差以及緯度等因素，確保選擇計(jì)算公式的子午線收斂角計(jì)算結(jié)果精度，能夠達(dá)到測(cè)量規(guī)范中的精度要求。

2.3 應(yīng)用高精度GYROMAT300型陀螺全站儀外業(yè)測(cè)量要點(diǎn)

（1）準(zhǔn)確測(cè)定地面已知邊數(shù)據(jù)。

超聲造影檢查乳腺癌患者的特異性、靈敏性、準(zhǔn)確性、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值對(duì)比超聲彈性成像檢查，P＞0.05，數(shù)據(jù)之間不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

在地面已知邊的測(cè)前測(cè)量工作中，可應(yīng)用高精度陀螺全站儀，對(duì)與地下定向邊相距較近的鄰近地面已知邊進(jìn)行測(cè)量，并確定測(cè)站、目標(biāo)方向。

將高精度GYROMAT300型陀螺全站儀架設(shè)在測(cè)站點(diǎn)位置，且應(yīng)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(shí)際測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)先將主機(jī)整平，再進(jìn)行材料開(kāi)機(jī)測(cè)量，且GYROMAT300型高精度陀螺全站儀應(yīng)設(shè)置在高精度測(cè)量模式下，以保證測(cè)量的精度。

開(kāi)機(jī)后高精度GYROMAT300型陀螺全站儀可以自動(dòng)完成尋北定向，之后應(yīng)利用高精度陀螺全站儀對(duì)目標(biāo)方向進(jìn)行4個(gè)測(cè)回的測(cè)量，定向測(cè)量次數(shù)應(yīng)為1次。完成測(cè)量后，應(yīng)將高精度GYROMAT300型陀螺全站儀暫時(shí)關(guān)閉，再重新開(kāi)機(jī)測(cè)量，且測(cè)量步驟應(yīng)與之前測(cè)量保持同步，定向測(cè)量次數(shù)應(yīng)為3次。

完成各次定向測(cè)量后，應(yīng)關(guān)閉高精度GYROMAT300型陀螺全站儀，并待設(shè)備冷卻后，方可再次開(kāi)機(jī)，以確保后續(xù)尋北測(cè)量的精度。在本次地面已知邊的測(cè)量中，測(cè)得的陀螺方位角值在3次定向測(cè)量中的最大較差為4″，該較差符合測(cè)量規(guī)范中20″的較差上限要求，滿足導(dǎo)線精密測(cè)量中對(duì)同一方向上各測(cè)回間的較差精度要求。

（2）測(cè)量地下定向邊要點(diǎn)。

對(duì)地下定向邊進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)將強(qiáng)制歸心標(biāo)作為其控制點(diǎn)，直接在待測(cè)點(diǎn)上架設(shè)高精度陀螺全站儀，并合理確定其目標(biāo)方向。在測(cè)量時(shí)可采用與地面已知邊相同的測(cè)量方法開(kāi)展定向測(cè)量，測(cè)量人員應(yīng)嚴(yán)格遵守測(cè)量規(guī)程，且尋北定向測(cè)量次數(shù)應(yīng)達(dá)到5次以上。在對(duì)兩個(gè)目標(biāo)方位定向邊進(jìn)行定向測(cè)量時(shí)，對(duì)各測(cè)繪陀螺方位角測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，其最大較差分別為5.8″和5.9″，2個(gè)較差值均符合測(cè)量規(guī)范中較差不得超過(guò)20″的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）地下定向邊測(cè)后測(cè)量要點(diǎn)。

完成對(duì)地下定向邊的測(cè)量后，應(yīng)對(duì)地面已知邊再次進(jìn)行定向測(cè)量。在本次測(cè)后測(cè)量工作中，對(duì)地面已知邊的定向測(cè)量次數(shù)為3次，且陀螺方位角在3次定向測(cè)量中的較差同樣被控制在20″范圍內(nèi)，僅為1.4″，符合測(cè)量規(guī)范要求。

（4）處理測(cè)量數(shù)據(jù)要點(diǎn)。

應(yīng)測(cè)定高精度GYROMAT300型陀螺全站儀常數(shù)，在測(cè)量工作中應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)測(cè)量技術(shù)規(guī)范進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，且每次定向測(cè)量的數(shù)據(jù)精度均應(yīng)符合測(cè)量規(guī)要求，應(yīng)以各測(cè)站給定的經(jīng)差及緯度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)子午線收斂角進(jìn)行計(jì)算，并求出改正陀螺方位角。地面已知邊方位角坐標(biāo)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(shù)，在該軌道工程的測(cè)量工作中，應(yīng)用高精度陀螺全站儀對(duì)地面已知邊進(jìn)行測(cè)量，分別在測(cè)前及測(cè)后進(jìn)行3次尋北定向，總測(cè)回達(dá)到6次，符合測(cè)量規(guī)范要求。

在對(duì)地面已知邊進(jìn)行測(cè)前及測(cè)量的定向測(cè)量時(shí)，獲得的陀螺方位角差均值在2.3″左右，符合測(cè)量規(guī)范中要求不超過(guò)15″的規(guī)定?？蓪y(cè)前及測(cè)后定向測(cè)量中，獲得的儀器常數(shù)均值作為本次測(cè)量的儀器常數(shù)，并以此為依據(jù)對(duì)地下定向邊進(jìn)行計(jì)算分析。經(jīng)測(cè)量計(jì)算，兩個(gè)測(cè)站的坐標(biāo)方位角較差分別為7.6″和5.4″，均未超過(guò)20″的最大較差范圍，符合測(cè)量規(guī)范的精度要求。

對(duì)子午線收斂角進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算陀螺方位角時(shí)，應(yīng)以外業(yè)測(cè)量中地下定向邊的5次尋北定向測(cè)量結(jié)果，為基礎(chǔ)取其平均值，再結(jié)合測(cè)站的經(jīng)差、緯度值等，對(duì)子午線收斂角進(jìn)行計(jì)算分析。應(yīng)根據(jù)地上定向邊測(cè)量時(shí)，獲得的高精度陀螺全站儀常數(shù)及在地下定向測(cè)量時(shí)，計(jì)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(cè)量精度。

對(duì)全站儀角度實(shí)測(cè)值、陀螺方位角進(jìn)行對(duì)比分析，其較差被控制在2.2″左右，符合軌道工程測(cè)量規(guī)范的精度要求，未超過(guò)10″最大允許值。

3 結(jié)語(yǔ)

高精度陀螺全站儀具有較高的測(cè)量精度，可定向檢核軌道交通工程的隧道洞內(nèi)導(dǎo)線設(shè)置情況，有效提高長(zhǎng)距離導(dǎo)線設(shè)置的精度，可保證隧道貫通施工的順利進(jìn)行提供可靠的參考依據(jù)。在軌道交通工程的建設(shè)中，應(yīng)積極應(yīng)用高精度陀螺全站儀等先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器設(shè)備。積極總結(jié)高精度陀螺全站儀的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)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(cè)量定向基準(zhǔn)精確無(wú)誤，推動(dòng)我國(guó)工程測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，提升工程建設(shè)的應(yīng)用效果。