5第三章 联系测量-陀螺定向解析
联系测量-地下工程测量
a
a
f 算 算 180
v
f 2
O2
v
f 2
竖井联系测量
(3)地下导线起始边方位角推算
B
O1
A
O2
B
O1
B′
A
A′
O2
竖井联系测量
(4)方位角传递的误差
O2 O1
A′
B′
C′
mo
l0
mq
m0
• l0
D′
mq
竖井联系测量
(5)联系三角形的最有利形状
AB BA 360
工程测量学
地下工程测量
Underground Engineering Surveying
联系测量
联系测量是指:在隧道工程建设、矿井建设和地下工 程建设中。使地上和地下都采用统一坐标系统和 高程系统所进行的测量工作。
平面联系测量的主要任务是:确定地下一控制点的坐 标和一条边的方位角(即导线测量)。目的：确定 走向。（平峒测量；竖井测量；斜井测量）
O1
B′
A
A′
O2
路线
对应的角度
√1
2
3
√4
（4）传递方向应经过小角。
竖井联系测量 4、两井定向
(1) 投点及联系测量
Q
P 竖井
N
M 通风井
B
O1
b
a
D
O2
c
C
无定向导线
竖井联系测量
(2)内业计算
①计算两吊锤线在地面坐标系的方向角与距离
AB
arctan
YB XB
YA XA
S AB ( X B X A )2 (YB YA )2
' AB
陀螺定向应用
a 已知边上测定仪器常数
b 待定边上测定陀螺方位角
陀螺仪定向过程示意图
陀螺定向应用
• （1）在地面已知边上测定仪器常数△。一般测
• 2仪～器3常测数回可在已 知精密A 方0位角的T测线上测定。由
上图a可知，在测线CD上测定其陀螺方位角，当 CD为已知边时，计算所测陀螺方位角与其地理方 位角的差值即可求得仪器常数。作业时应首先在 已知边上测定仪器常数（实际上是测定已知边的 陀螺方位角）即测前仪器常数的测定。其主要技 术要求见下表1。
陀螺定向应用
• 1．自由陀螺仪的特性
• 没有任何外力作用，具有三个自由度的陀螺仪称 为自由陀螺仪。
• 自由陀螺仪的特性 • （1）陀螺轴在不受外力矩作用时，它的方向始终
指向初始恒定方位，即所谓定轴性； • （2）陀螺轴在受外力矩作用时，将产生非常重要
的效应－“进动”，即所谓进动性。
陀螺定向应用
自由陀螺仪模型及原理示意图
• 1852年，法国科学家傅科提出地球的自转会在陀 螺仪上产生效应的设想：“无需进行任何天文观 测或地磁观测，只要由陀螺仪观测就可以得出任 何地点的子午线位置”。
• 方位角就是子午线方向与直线方向的夹角，有了 子午线位置当然就有办法确定直线的方位角。
陀螺定向应用
• 受当时条件的限制，傅科的实验未能成功； • 20世纪初，研制成功陀螺罗盘作为航海导航仪器； • 20世纪初50年代，研制成功液浮式矿用陀螺罗盘
两个逆转点5个连续的经纬仪读数值，计算出陀螺 方位角。 • 逆转点法的记录见下表。
陀螺定向应用
陀螺经纬仪定向记录（逆转点法）
陀螺定向应用
• （2）中天法 • 在起始近似定向精度达到以内，整个观测过程中，
陀螺定向测量
陀螺定向测量陀螺定向测量(gyrostatic orientation survey)是用陀螺经纬仪测定某控制网边的陀螺方位角，并经换算获得此边真方位角的测量工作。
常用于定向连接测量。
陀螺方位角，是从陀螺仪子午线(测站上通过假想的陀螺轴稳定位置的子午面，即陀螺仪子午面与地平面的交线)北方向顺时针量至某定向边的水平角。
常用方法确定测站真子午线北方向的常用方向有:中天法，是通过对陀螺仪轴运转的观测，先确定近似北方向，在连续读记摆动的指标线(陀螺轴)反复经过分划线板零线时的时间，和到达东、西逆转点时的水平度盘读数，经计算获得近似北方向的改正数，进而确定测站真北方向;逆转点法，是用陀螺经纬仪跟踪观测摆动的指标线(陀螺轴)反复到达东、西逆转点时的水平度盘读数，经计算确定测站真北方向。
矿井应用服了几何定向占用井筒而造成停产、耗费大量人力、物力和时间等缺点，同时也克服了随井筒深度增加而降低定向精度的缺点。
由于矿井生产中对陀螺定向测量技术的应用还很少，陀螺定向技术在矿井生产中还缺乏系统性的操作要求及数据处理模式。
2011年4月，麦格集团天渱公司螺仪部带领天津707所厂家技术人员到煤矿进行陀螺仪的测量演示，通过TJ9000陀螺全站仪与日本品牌陀螺全站仪比较，获取了实证分析数据。
从技术及经济角度考虑，对陀螺定向测量技术的研究，在矿井生产中具有非常重要的意义。
1、陀螺定向作业依据本次陀螺定向作业依据为1989年1月能源部制定的《煤矿测量规程》并参照1990年原中国统配煤矿总公司组织修订、煤炭工业出版社出版的《煤矿测量手册》。
2、陀螺定向作业仪器陀螺定向采用中船重工TJ9000陀螺全站仪为例，该仪器是下架式的陀螺仪器，有陀螺仪、全站仪、控制器和三脚架等组成。
陀螺仪方位角测定标准偏差为±20"，全站仪测角精度为2"。
3、陀螺定向方法陀螺定向采用当今先进的积分法进行观测，定向程序为:3.1 先在地面任意点上测定仪器当地的比例常数C值。
陀螺经纬仪定向在矿井联系测量中的应用
陀螺仪轴与望远镜光轴及观测目镜分划板零线代表的光轴通常 不在同一竖直面中， 该假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午 线重合。 二者的夹角称为仪器常数， 一般用Δ表示。 如果陀螺仪子午线 位于地理子午线的东边， Δ为正； 反之， 则为负。 仪器常数Δ可以在已知 方位角的精密导线边直接测出来。 图1中精密导线边CD的地理方位角为 A0。 在C点安置陀螺经纬仪， 测出CD边的陀螺方位角aT， 所以可得仪器 常数： ∆ 行2～3次。 各次之间的互差对于GAK-1， JT15等型号的仪器应小于 40′′ 。 每次测量后， 要停止陀螺运转10 ～15min， 经纬仪度盘应变换180° / （2～3） 。 （2） 在井下定向边上测定陀螺方位角 井下定向边的长度应大于50m， 仪器安置在C′ 点上， 如图1， 可测 出C′ D′ 边的陀螺方位角aT ， 则定向边的地理方位角A为 A = aT ′ +∆ 。 测定定向边陀螺方位角应独立进行两次， 其互差对于GAK-1， JT15等型 号的仪器应小于40″ 。 （3） 仪器上井后重新测定仪器常数 仪器上井后， 应在已知边上重新测定仪器常数2～3次。 前后两次 测定的仪器常数， 其中任意两个仪器常数的互差对GAK-1、 JT15型仪器 应小于40″ 。 然后求出仪器常数的最或是值， 并按白塞尔公式来评定一 次测定中误差。 （4） 求算子午线收敛角 一般地面精密导线边或三角网边已知的是坐标方位角α0， 需要求算 的井下定向边， 也是要求出其坐标方位角 α， 而不是地理方位角A。 因此还需 要求算子午线收敛角 γ 。 地理方位角和坐标方位角的关系为： A0
中： ——仪器常数的平均值。a
= A0 − aT = a0 + g 0 − aT ′ + ∆平 − g = A − g = aT
竖井联系测量方法比较探讨
地下隧道竖井联系测量方法比较探讨姚顺福1 测量原理1.1 陀螺定向法陀螺定向法是综合利用全站仪、光学垂准仪（或重锤球）以及陀螺经纬仪等仪器进行导线联系测量的一种方法。
首先利用光学垂准仪（或重锤球）将地面车站端头井的点位沿同一铅锤线方向投影到端头井的井底，同时利用全站仪测量井上、井下各导线点的角度与距离、利用陀螺经纬仪测量井上、井下的相关导线边的陀螺方位角，从而求算出井上、井下投影点在空间的平面夹角，最终把地面趋近导线的平面坐标和方位传递到地下隧道施工控制导线上。
如下图1所示，K0、K1为地面趋近导线点，其中K0为近井点；T1、T2为地面车站端头井投影点；T1´、T2´分别为T1、T2投影到车站端头井底部的投影点；X1、X2、X3……Xn为地下隧道施工控制导线点；a1、a2、a5、a6、a7和d1、d2、d3、d4、d5、d6分别为全站仪实测的角度和距离。
X2图1：陀螺定向法竖井联系测量导线联测示意图实际测量时，利用陀螺经纬仪测量地面趋近导线边K0K1和地下隧道施工控制导线边X2X3的陀螺方位角，求出陀螺经纬仪的定向常数，结合全站仪实测数据求出a3、a4的角度值，最终按导线平差的原理求出地下隧道施工控制导线点X1、X2、X3的坐标和方位角，作为区间隧道施工控制导线的起算数据。
1.2 钻孔投点法钻孔投点法实际上是根据长边投影时投影点的点位投影误差对投影边的坐标方位角影响将大大削弱的原理进行导线联系测量的一种方法。
其基本思想是在隧道前进（或后退）的方向上已开挖的地方离开车站端头井一定的距离（一般应大于150m ），从地面钻孔直达地下隧道中，然后利用光学垂准仪（或重锤球）分别通过车站端头井和钻孔将地面点位沿同一铅锤线方向投影到地下，最终把地面趋近导线的平面坐标和方位传递到地下隧道施工控制导线上。
如下图2所示，K0、K1为地面趋近导线点；T1、T2分别为地面车站端头井和钻孔井上的投影点；T1´、T2´分别为T1、T2投影到车站端头井和区间隧道底部的投影点，T1´、T2´同时又为地下隧道施工控制导线的起算点；X1、……Xn 为地下隧道施工控制导线点；a1、a2、a3、a4和d1、d2、d3分别为全站仪实测的角度和距离。
陀螺仪在联系测量中的应用
陀螺仪在联系测量中的应用摘要：本文介绍了使用磁悬浮陀螺仪在某煤矿联系测量中的应用情况，阐述了陀螺仪定向在煤矿联系测量中的优势以及需要注意的事项。
关键词：陀螺仪全站仪联系测量方位角1 测量方案及仪器选择本次联系测量方案采用井筒中心单丝稳定投点，地面采用测距导线确定平面坐标，井下采用测距导线联测，并实施磁悬浮光电陀螺仪定向。
高程联系测量采用钢尺导入，使用多根经过鉴定50米钢尺。
按《煤矿测量规程》矿井联系测量技术要求进行。
仪器井上井下均用尼康DTM-352C防爆全站仪、GAT高精度磁悬浮陀螺全站仪和徕卡730水准仪，投点采用1.8mm钢丝进行，投点误差不大于20mm。
2 实测过程及数据2.1 地面连测矿区内已有WG7和WG6两个已知点，根据地面一级导线观测要求，图1是地面连测示意图，使用全站仪对角度和边长独立观测两次，计算钢丝（O点）坐标。
水平角观测同一测回中半测回互差分别为：-6″、+6″、0″，小于规定中的限差±20″；两测回之间的互差分别为：+8″、0″、-8″，小于规定中的限差±12″。
在距离测量中，单向两次测回较差不大于15mm，也符合规定。
最后计算出钢丝（O点）坐标为：X=3888070.001，Y=509679.921。
图1 地面连测示意图2.2 定向测量此次定向测量使用的GAT陀螺全站仪，标称定向精度为5″，因此要求同一边任意两测回测量陀螺方位角的互差，不得超过10″；对于超限数据应在现场予以补测。
根据测区的地理位置，在实测过程中输入的纬度值为：35.1，选取地面控制网中WG7→WG6两个控制点构成的测线进行仪器常数标定。
根据现场采集数据，井下定向边各测回陀螺精寻北数据和全站仪测量数据以及由此计算的井下各定向边的陀螺定向方位角如表1所示：根据测得的角度和边长，经推算，得到各点坐标，如表2：2.4 高程联测测量高程联测测量采用徕卡730水准仪和1.8mm钢丝进行，投点误差不大于20mm。
简述陀螺经纬仪定向的主要内容
简述陀螺经纬仪定向的主要内容
陀螺经纬仪定向是指使用陀螺经纬仪来定位和导航时，对载体位置、航向、航速等进行定向的一种技术。
这种技术由三部分组成：陀螺经纬仪、信号处理器和定位数据库。
一、陀螺经纬仪
陀螺经纬仪（gyroscopic compasses）是一种采用陀螺仪原理的测量仪器，它能够测出地球自转和航行距离。
它的主要原理是：假设地球的自转旋转方向不变，空间内的惯性外框与地球的外框是一致的，那么只需要知道航行距离就可以测量出地球的旋转角度。
陀螺经纬仪由一组大型陀螺仪和支架组成，可以测量地球自转的旋转角度。
二、信号处理器
陀螺经纬仪的信号处理器是解算陀螺经纬仪测量出的地球自转
角度，并将其转换成地球表面上航行对应的航向方位和航行距离，以及航行者在地球表面上的经纬度位置。
三、定位数据库
定位数据库提供了载体在地球表面上定位时，所需要的地理信息，包括航行者所在地点经纬度、海拔高度、地形、气候等。
定位数据库中的信息是通过GPS和地形测量技术来收集的，可以提供精确的定位信息，这些信息的汇总就是定位数据库。
以上就是陀螺经纬仪定向的主要内容。
陀螺经纬仪定向主要依靠陀螺经纬仪、信号处理器以及定位数据库等来实现载体定位、航向定位和航行距离测量。
陀螺经纬仪定向技术已经广泛应用于航空、商业
航行、军事行动及旅游导游等方面，在实现人与机器的协同智能定位方面发挥着重要作用。
陀螺定向方法和精度评定解析
陀螺定向⽅法和精度评定解析陀螺逆转点法定向及精度评定摘要隧道或井巷⼯程测量导线布设的形式因受巷道形状的制约，若单纯采⽤改变导线布设形式或提⾼测⾓次数与精度等⽅法，往往难以满⾜⼯程施⼯对于测量的精度要求。
陀螺经纬仪是测量井下导线边⽅位⾓、提⾼测量精度的重要仪器。
尤其是在贯通测量中陀螺经纬仪的应⽤⾮常⼴泛。
贯通测量是⼀项⼗分重要的测量⼯作,必须严格按照设计要求进⾏。
巷道贯通后,其接合处的偏差不能超过⼀定限度,否则就会给采矿⼯程带来不利影响,甚⾄造成很⼤的损失。
本⽂对陀螺经纬仪⼯作原理介绍，以及陀螺经纬仪在贯通测量中的精度评定。
陀螺经纬仪在不同领域的贯通测量⼯作中运⽤实例的分析，总结出在贯通测量导线加测陀螺定向边的最佳位置。
关键词：陀螺定向，贯通测量，陀螺经纬仪，精度评定ABSTRACTTunnel or shaft engineering measurement wires for the form of roadway, if simple shape by changing arrangement forms or improve wires and precision Angle measurement methods, and often difficult to satisfy the measurement accuracy for engineering construction. Gyro theodolite is measured in wire edge Angle, improve the measuring precision instruments. Especially in the measurement of the photoelectric theodolite gyro breakthrough is used extensively. Through measurement is a very important measurement work, must strictly according to the design requirements. The roadway expedite, its joint deviation cannot exceed a certain limit, otherwise they will be detrimental to the mining project, and even cause great losses. This paper introduces working principle of gyro theodolite, as well as the breakthrough in the measurement of the gyro theodolite accuracy assess. Gyro theodolite in different fieldsof the measurement of the examples, this paper leads in breakthrough measurement on the edge of the directional gyro adds the best position.Key words: directional gyro; through measurement; gyro theodolite; Accuracy Assessment⽬录1 绪论 (1)1.1陀螺定向的研究现状 (1)1.2研究陀螺定向的⽬的 (1)1.3陀螺定向的应⽤领域及发展趋势 (2)2 陀螺经纬仪定向测量原理与⽅法 (3)2.1陀螺经纬仪的类型与结构 (3)2.1.1 陀螺经纬仪定向的优点及应⽤领域 (3)2.1.2 陀螺经纬仪的基本结构 (3)2.1.3 陀螺经纬仪的类型 (4)2.2陀螺经纬仪定向的基本步骤 (5)2.3跟踪逆转点法测定陀螺⽅位⾓的作业过程 (7)2.3.1 陀螺仪悬带零位观测 (7)2.3.2 粗略定向 (8)2.3.3 精密定向 (9)3 陀螺定向的误差分析 (13)3.1陀螺定向的误差来源 (13)3.2陀螺定向在贯通测量中的精度评定 (14)3.2.1 陀螺⽅位⾓⼀次测定中误差 (14)3..2.2 ⼀次定向中误差 (14)3.3陀螺定向在贯通测量中导线的平差 (15)3.3.1 具有两条陀螺定向边导线的平差 (15)3.3.2 具有三条陀螺定向边导线的平差 (17)4 陀螺定向在贯通测量中的应⽤实例分析 (20)4.1陀螺定向在道路贯通测量中的应⽤实例分析 (20)4.1.1 ⼯程概况 (20)4.1.2 陀螺定向技术 (20)4.1.3 精度评定 (22)4.1.4 ⼯程分析 (23)4.2陀螺定向在矿⼭贯通测量中的应⽤实例分析 (24)4.2.1 ⼯程概况 (24)4.2.2 陀螺定向技术 (24)4.2.3 精度评定 (26)4.2.4 ⼯程分析 (27)4.3陀螺定向在⽔利贯通测量中的应⽤实例分析 (27)4.3.1项⽬概况 (27)4.3.2 陀螺定向技术 (28)4.3.3 陀螺定向精度评定 (29)4.3.4 坐标解算及成果对⽐分析 (30)4.3.5 ⼯程分析 (35)5 结论 (38)参考⽂献 (39)致谢..................................................... 错误！未定义书签。
联系测量
（二）、投点误差与投向误差
由地面向定向水平投点时，由于井筒内气流、滴水等影 响，使得垂球线在地面上的位置投到定向水平后会发生偏离 ，这种偏离称为投点误差。由投点误差引起的垂球线连线的 方向误差，称为投向误差。
B′ A′ B′ A′ θ θ A′
B′
(a)
图(b) 中
tg BB AA AB
(2) 井下导线起算点的平面坐标 x和y； x
(3) 井下水准基点的高程H。
第二节
矿井定向的种类与要求
矿井定向概括说来可分为两大类：一类是从几 何原理出发的几何定向；另一类则是以物理特性为 基础的物理定向。 几何定向分为: (1)通过平硐或斜井的几何定向； (2)通过一个立井的几何定向; (一井定向)；
(3)通过两个立井的几何定向(两井定向)。
物理定向分为： (1) 用精密磁性仪器定向； (2) 用投向仪定向； (3) 用陀螺经纬仪定向。
《规程》规定的联系测量的主要精度要求见表1 表1 联系测量的主要限差
类别 容许限差 一井定向：< 2′ 两井定向：<1′ 备注 井田一翼长度小于300m的 小矿井，可适当放宽限差， 但应< 10′ 陀螺经纬仪精度级别是按 实际达到的一测回测量陀 螺方位角的中误差确定的 几何定 由近井点推算的两次独立 向 定向结果的互差
地区应不小于0.6m，在冻土地区盘石顶面与冻结线之间的
高度应不小于0.3m；
(6) 为使近井点和井口水准基点免受损坏，在点的周围 宜设置保护桩和栅栏或刺网。在标石上方宜堆放高度不小 于0.5m的碎石。
第四节 立井几何定向
一、概述
在立井中悬挂钢丝垂线由地面向井下传递平面 坐标和方向的测量工作称为立井几何定向。几何定 向分一井定向和两井定向。 立井几何定向方法: 可把立井几何定向工作分为两部分：由地面向 定向水平投点 ( 简称投点 ) ；在地面和定向水平上与 垂球线连接(简称连接)。
陀螺定向原理
陀螺定向原理
陀螺定向原理是一种利用陀螺仪的运动特性来实现定向的技术。
陀螺仪是一种测量旋转的装置，通过测量其内部陀螺的运动，可以确定物体的旋转方向和速度。
陀螺定向原理的基本原理是基于陀螺仪的两个重要性质：旋转保持和陀螺效应。
旋转保持是指陀螺保持一定转速和转向的性质。
当陀螺仪一定速度旋转时，无论外部如何施加力或转动它，它都会保持原来的转速和转向。
这意味着陀螺仪的转轴可以作为一个稳定的参考方向。
陀螺效应是指陀螺仪在转速改变或转向时会出现的效应。
当陀螺仪一定速度旋转时，改变其转轴方向会产生一个力矩，使其发生预cess。
基于以上原理，陀螺定向技术可以通过测量陀螺仪的转速和转向，来确定物体的姿态和方向。
具体的方法包括使用多个陀螺仪组成陀螺仪组，通过互相比较来校正误差，以及使用加速度计等其他传感器来辅助定向。
总结来说，陀螺定向原理利用陀螺仪的旋转保持和陀螺效应特性，通过测量陀螺仪的转速和转向来实现物体的定向。
这种技术在导航、航天、航海等领域具有广泛的应用。
联系测量方法
联系测量⽅法精⼼整理第⼀章联系测量第⼀节联系测量的定义⼀、联系测量的定义将地⾯坐标系统和⾼程系统传递到地下，确定地下控制点、控制边,作为地下控制导线的起算数据，这⼀过程测量⼯作叫做联系测量。
将地⾯平⾯坐标系统传递到地下的测量称为平⾯联系测量，简称定向。
将地⾯⾼程系统传递到地下的测量称⾼程联系测量，简称导⼊⾼程[1]。
联系测量⼯作应包括地⾯趋近导线测量趋近⽔准测量、通过竖井斜井通道的定向测量和传递⾼程测量以及地下趋近(1)(2)(3)这样就[1]。
123123即可[1]。
但是在地铁⼯程中由于地下铁道本⾝的特点，并没有平硐或斜井，有的只是竖井（出⼟井或下灰井或是更宽敞的明挖车站），因此，通过平硐或斜井的⼏何定向在地铁的平⾯联系测量中⼀般不⽤,只在矿⼭测量中有应⽤。
在地铁平⾯联系测量中的导线直接传递法、竖直导线定向法的原理和通过平硐或斜井⼏何定向的原理是⼀样的[1]。
第三节⼏何定向这⾥主要讲的是⽴井⼏何定向。
在⽴井中悬挂钢丝垂线由地⾯向地下传递平⾯坐标和⽅向的测量⼯作成为⽴井⼏何定向。
⽴井⼏何定向概要地说，就是在井筒内悬挂钢丝垂线，钢丝的⼀端固定在地⾯，另⼀端系有定向专⽤的垂球⾃由悬挂于定向⽔平，⼀般称作垂球线。
再按地⾯坐标系统求出垂球线的平⾯坐标及其连线的⽅位⾓；在定向⽔平上把垂球线与地下永久导线点连接起来，这样便能将地⾯的⽅向和坐标传递到地下，⽽达到定向的⽬的。
因此，可把⽴井定向⼯作分为两个部分：由地⾯向定向⽔平投点（简称投点）；在地⾯和定向⽔平上与垂球线连接（简称连接）。
⽴井⼏何定向分为⼀井定向和两井定向[1]。
⼀井定向⽅法有连接三⾓形法、四边形法和适合⼩型矿井的瞄直法等。
这⾥仅介绍连接三⾓形法[1]。
⼀、⼀井定向(⼀)投点采⽤连接三⾓形进⾏⼀井定向时，要在井筒内挂两根垂球线。
投点时，⼀般都采⽤垂球线单重投点法，即在投点过程中，垂球的重量不变。
单重投点可分为两类：单重稳定投点和单重摆动头点。
单重稳定投点法是将垂球放在⽔桶内，使其基本上处于静⽌状态；在定向⽔平上测⾓量边时均与静⽌的垂球线进⾏连接。
2022矿井联系测量的作用与任务
2)定向时最好减少风机运转或增设风门，以减少风速
3)采用高强度、小直径的钢丝，适当加大垂球重量， 并将垂球浸入到稳定液中; 4)减少滴水对垂球线及垂球的影响。
3、单重稳定投点
单重稳定投点是假定垂球线在井筒内处于铅垂位置 而静止不动，所进行的投点。
单重稳定投点设备和安装系统如以下图中所 示：
图3-4稳定投点的设备和安装
图3-1GPS测量数据处理的根本流程
四、地面连测导线的测量
地面有近井点至井口〔定向连接点〕的连测导线，边数应不超 过3个。
地面连测时，应敷设测角中误差不超过5″或10″的闭合导线或复 测支导线，10″〔二级〕小三角网作为首级控制的小矿区。 地面连测导线应尽量采用光电测距导线。
图3-2地面连测
第四节 立井几何定向
二、联系测量的目的和任务
1、联系测量的目的：使地面和井下测量控制网采用同一坐标系统。 2、 联系测量的任务：
〔1〕井下经纬仪导线起算边Fra bibliotek坐标方位角；〔2〕确定井下经纬仪导线起算点的平面坐标x和y；
〔3〕确定井下水准基点的高程H。
第二节 矿井定向的种类与要求
矿井定向概括来说分为两类： 通过斜井或平峒
利用GPS卫星定位测量测设近井点时，近井点应埋设在 视野开阔处，点周围视场内不应有地面倾角大于10º的成片障 碍物。同时应避开高压输电线、变电站等设施，其最近不得 小于200m。
测量可采用静态定位法。静态定位能够通过大量的重复观测来 提高定位精度。GPS测量必须按1992年我国测绘局发布的?全球定位 系统〔GPS〕测量标准?进行。在?标准?将GPS网点划分为A、B、C、 D、E五个等级。其中D级和E级分别相当于常规测量的国家三等点 和四等点，近井点测设可采用上述等级。有关技术标准见下表
陀螺定向测量技术规程
陀螺定向测量技术规程你们有没有玩过那种转起来就不会轻易倒下的小陀螺呀？其实呀，在大人们的工作里，也有一种像陀螺一样神奇的东西，不过这个陀螺可不像我们玩的那么简单。
在一些特别的工作里，比如要知道一个地方准确的方向，大人们就会用到陀螺定向测量技术。
这就像是我们在森林里迷路了，需要一个超级准确的指南针一样。
想象一下，有一群探险家要去一个很大很大的山洞里探险。
山洞里弯弯绕绕的，就像一个超级大迷宫。
要是他们不知道准确的方向，那可就惨啦，可能一直在里面打转出不来呢。
这时候呀，陀螺定向测量技术就像一个聪明的小助手。
那这个技术有什么特别的规程呢？就像我们玩游戏得有规则一样。
比如说，在使用这个像大陀螺一样的仪器之前，要把它放在一个特别平稳的地方。
就像我们搭积木的时候，得把最下面的积木放得稳稳当当的，不然整个积木塔就会倒啦。
如果这个陀螺仪器放得不平，那它转起来就不准啦，就像我们歪着身子跑步，肯定跑不快也跑不稳。
再比如说，在测量的时候，周围不能有太多干扰它的东西。
这就好比我们在专心画画的时候，旁边要是有人一直在吵闹，我们就很难画好。
要是有大的机器在旁边轰隆隆地响，或者有很强的磁场干扰，那这个陀螺就会晕头转向，给出来的方向就不对了。
还有哦，操作这个仪器的大人得特别细心。
他们要像照顾小婴儿一样照顾这个仪器。
每次使用之前都要仔细检查，看看有没有哪里坏了或者脏了。
就像我们每天上学之前要检查自己的书包有没有带齐东西一样。
有一次，有个叔叔在使用这个仪器的时候，没有好好检查，结果测量出来的方向就差了好多。
本来要找到宝藏的路，结果因为方向错了，就走到了一个全是泥巴的地方，可狼狈啦。
陀螺定向原理
陀螺定向原理
陀螺定向是一种利用陀螺仪原理实现方向控制的技术。
陀螺仪是一种利用陀螺效应来测量方向的仪器，通过陀螺仪的作用，可以实现飞行器、船舶、导弹等的定向控制。
本文将介绍陀螺定向的原理及其应用。
陀螺效应是指陀螺在运动时会保持自身方向不变的物理现象。
利用这一原理，可以制造出陀螺仪来测量方向。
陀螺仪通常由陀螺转子、支承结构和检测器组成。
当陀螺转子受到外力作用时，会产生陀螺效应，使得陀螺转子的方向保持不变。
检测器可以测量陀螺转子的方向，从而得到所需的方向信息。
在陀螺定向中，陀螺仪通常安装在需要进行定向控制的飞行器或船舶上。
通过测量陀螺仪的输出，可以得到飞行器或船舶的当前方向，从而实现定向控制。
陀螺定向具有响应速度快、精度高的特点，适用于各种复杂的环境下。
陀螺定向的应用非常广泛，其中包括航空航天、船舶、导弹等领域。
在航空航天领域，陀螺定向被广泛应用于飞行器的姿态控制和导航系统中。
在船舶领域，陀螺定向可以帮助船舶实现精准的航行。
在导弹领域，陀螺定向可以帮助导弹实现精确的飞行轨迹。
总的来说，陀螺定向是一种利用陀螺仪原理实现方向控制的技术。
通过测量陀螺仪的输出，可以得到飞行器或船舶的当前方向，从而实现定向控制。
陀螺定向具有响应速度快、精度高的特点，适用于各种复杂的环境下。
在航空航天、船舶、导弹等领域有着广泛的应用前景。
建设工程—盾构隧道陀螺定向测量施工工法工艺
盾构隧道陀螺定向测量工法1.前言盾构法隧道施工技术以独有的安全、快捷等特点优势，对地面交通、建筑物及地下管线影响较小、施工不受气候条件的影响，施工效率高、安全可靠等优点在城市地下轨道交通、水利给、排水工程施工中广泛使用。
在现代城市轨道交通工程建设中，盾构法是修建地铁轨道交通的主要方法之一。
通常盾构隧道为单向掘进，且一次衬砌成型，盾构隧道掘进必须要按照预定的位置准确贯通,所以盾构隧道掘进中的方位控制是保证隧道顺利贯通的前提条件。
在盾构隧道施工中，隧道平面控制网通常采用导线测量方法，但由于隧道洞口一般位于竖井、斜井、地铁车站内。
受施工场地狭小等条件限制，联系测量困难、地下导线起始定向边较短等不利因素造成的地下导线精度较低。
在盾构隧道施工中采用合理的测量方法和必要的测量措施，既能减少偏差，又可保障盾构隧道的贯通精度。
2.工法特点2.0.1在隧道施工导线测量过程中，加测陀螺方位角。
2.0.2通过陀螺仪和全站仪结合，采用陀螺仪本身的物理特性及地球自转的影响寻找真北方向，在地下隧道中测定方位角。
2.0.3采用陀螺定向测量成果，和导线测量成果对比分析，判断导线测量成果的可靠性,降低隧道施工风险，提高隧道贯通精度。
3.适用范围随着我国基础建设的大力发展，有各种断面的隧道开挖。
本工法用于各种盾构隧道施工测量，如：矿山、轨道交通、水利给、排水工程等。
4.工艺原理4.0.1根据确定的隧道定向测量方案，进行导线起始定向边测量。
4.0.2在隧道掘进施工中，洞内导线测量。
4.0.3隧道掘进至预定里程位置时，加测陀螺方位角。
4.0.4根据陀螺定向测定的方位角和导线定向坐标方位角进行对比，通过对比分析，以确保测量成果的可靠性。
5,施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程图5.1・1盾构隧道陀螺定向测量工法流程图5.2操作要点5.2.1定向测量设计根据区间盾构隧道实际长度（隧道长2.3km）、隧道转弯半径（曲线半径为450m）、线路走向等参数，隧道内布设两条支导线，布设导线点18个（单条导线），圆曲线段平均边长110米，其余位置平均边长150米。
测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理与方法介绍
1.2 陀螺仪粗定向
在测定已知边和定向边的陀螺方位角之前，首先进行粗 略定向，即把全站仪望远镜视准轴置于近似北方向。
粗略定向可由附件粗定向罗盘来完成，也可采用两点逆 转点法，四分之一周期法和摆幅法来完成。
1.3 精密定向（逆转点法）
要求粗定向误差≤±2°；
粗定向后下放陀螺，摆幅 控制在5~8格之间；
悬挂零位是指陀螺马达不转时，陀螺灵敏部受悬带和导 流丝扭力作用而引起扭摆的平衡位置，即扭力矩为零的 位置。
在陀螺观测开始之前和结束之后，要作悬带零位观测， 观测3次。相应简称为测前零位和测后零位观测。
方法
测定悬挂零位时，先将全站仪整平并固定照准部，下方 陀螺灵敏部（不启动马达），从读数目镜中观测灵敏部 的摆动，在分划板上连续读ຫໍສະໝຸດ 个逆转点的读数，估读到 0.1格。
使用全站仪水平微动螺旋 跟踪并记录逆转点
N1
1 2
a1
2
a3
a2
N2
1 2
a2
2
a4
a3
……
N
N n2
1.4 精密定向（中天法）
要求粗定向误差≤±20′； 粗定向后下放陀螺，摆幅
控制在5~8格之间； 观察陀螺摆光标左右摆动
的摆幅；
仪器常数测量地理方位角时可用到，一般在用于煤矿 金属 矿进行陀螺方位角及控制导线测量时用不到仪器常数。
2 索佳GPX陀螺全站仪原理与方法
索佳 GP-1
致谢
The end, thank you!
记录陀螺通过零指标线的 时间。
1.6 定向边坐标方位角计算
以一个测回测定测线方向值，前后两测回的互差符合限差 时，取其平均值作为测线方向值。定向边坐标方向角的计 算步骤如下：
陀螺定向原理的应用
陀螺定向原理的应用1. 介绍陀螺定向原理是指通过利用陀螺仪的特性来实现定向控制的技术。
陀螺仪是一种测量旋转速度和角度的设备，其原理基于角动量守恒定律。
陀螺定向技术在航空、航海、导航等领域有着广泛的应用。
2. 陀螺定向的优势陀螺定向相比传统的导航技术有以下优势： - 精度高：利用陀螺仪的高精度测量能力，可以实现精确的定向控制。
- 实时性强：陀螺仪可以实时测量旋转速度和角度，使得定向控制能够在实时性要求较高的场景中应用。
- 抗干扰能力强：陀螺仪本质上是利用角动量守恒来测量旋转，不受外界干扰影响，具有较强的抗干扰能力。
3. 陀螺定向的应用领域陀螺定向技术在以下领域有着广泛的应用： ### 3.1 航空航天领域 - 飞行器定向控制：陀螺定向技术可以用于飞行器的姿态控制，保证飞行器在空中的稳定飞行。
- 导航系统：陀螺定向技术可以用于航空器的导航系统，提供精确的定位和方向控制功能。
3.2 航海领域•船舶定向控制：陀螺定向技术可以用于船舶的航向控制，保证船舶在海上航行时的稳定性。
•导航系统：陀螺定向技术可以用于船舶的导航系统，提供精确的定位和方向控制功能。
3.3 导航领域•惯性导航系统：陀螺定向技术可以与加速度计等设备组合成惯性导航系统，用于提供精确的位置和方向信息。
•车载导航系统：陀螺定向技术可以用于车载导航系统，提供精确的导航和定位功能。
4. 陀螺定向原理及工作方式陀螺定向原理基于陀螺仪的工作方式。
陀螺仪内部含有旋转的陀螺，当陀螺仪受到外界力矩作用时，陀螺会产生一个垂直于力矩方向的角动量，力矩越大，旋转速度越快。
利用这一原理，陀螺定向通过测量陀螺仪的旋转速度和角度来实现定向控制。
陀螺定向的工作过程如下： - 步骤1：初始化陀螺仪，将陀螺仪放置在初始位置并进行校准，使得陀螺仪的输出为零。
- 步骤2：测量陀螺仪的旋转速度和角度。
陀螺仪通过内部的传感器测量旋转速度和角度，并将结果输出。
- 步骤3：根据测量结果进行定向控制。
测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理
而地球的自转又使陀螺产生指向力矩，使陀螺仪的进动围绕子午面进 行。当陀螺仪主轴X越接近子午面，指向力矩越小，当X轴指向子午面 （即为零时），则指向力矩为零，但此时陀螺仪因惯性的作用以最 快的速度通过子午面。
当陀螺仪主轴X远离子午面时，相反方向的指向力矩使陀螺仪的进 动 速度慢慢降低，直至达到平衡点而停止。
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
7. 陀螺仪定向作业流程 （4）子午线收敛角的计算与改正
子午线收敛角γ 坐标北方向与真北方向之间的夹角，其符号由安置 全 站仪的位置确定，在中央子午线以东为正，以西为负。
（B为纬度，l为经差） 最后，地下定向边的坐标方位角为：
0 = t + - γ
注： 如必要，在上式中还需加入零位改正。
2.3 陀螺仪的分类
陀螺经纬仪
上架式
全站式陀螺仪
上架式
全自动全站式陀螺仪
下架式
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.4 陀螺仪的基本结构
陀螺仪的结构
悬挂带
全站式陀螺仪是将陀螺仪安放 在全站仪之上而构成的，其中
陀螺
陀螺仪部分的基本结构如右 图。
分划板
目镜筒
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
4. 陀螺仪的基本结构2. Nhomakorabea陀螺仪定向原理与使用方法
2.5 全站仪陀螺仪的操作 （3）精密定向－逆转点法
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.5 全站仪陀螺仪的操作
（4）精密定向－中天法
首先通过逆转点法确定陀螺北方向在±20′之内，然后托起陀螺；再次下 放陀螺使其摆幅在8－10格之间，用中天法开始观测；至少测量2个周期。
1 陀螺定向法
1 陀螺定向法陀螺定向法是采用光学垂准仪(或重锤球)投出井上、井下在同一铅锤线上的点位,根据井上、井下陀螺定向成果,求算投点在空间的平面夹角,使得井上、井下的导线连成一体,把井上导线坐标、方位传递到井下导线。
下面以广州地铁杨体区间竖井联系测量为例,介绍陀螺定向法实施的特点。
1.1 仪器设备TC1610全站仪,GAK1+T2陀螺经纬仪,NL光学垂准仪。
1.2作业实施(1)竖井投点井上、井下导线布置情况如图1所示,供电局、J54、A为井上已知导线点,Z1、Z2、Z3为井下待求导线点。
在井口选定T1、T2两个点位,在井盖上相应位置预留有可遮盖的小孔,将垂准仪置于小孔上方,垂准仪在井上及井下投下T1和T1′、T2和T2′。
T1、T1′在空间上为2个点,但投影到同一平面时就成为1个点;T2、T2′情况相同。
井上、井下导线通过投点连成一闭合环。
(2)陀螺经纬仪定向定向时采用逆转点法进行。
对一条边定向时,完成一端定向为半测回,完成两端定向为一测回。
由于井筒上下不宜安置陀螺经纬仪,故井上选择AJ54为定向边,井下选择Z1Z3为定向边,进行陀螺定向观测。
求出陀螺仪的定向常数,并进行改正。
假定陀螺经纬仪测得的AJ54陀螺方位角为N0,Z1Z3陀螺方位角为N5。
(3)导线边角测量①测b0、b1、b4、b5、b6角度;②量d1、d2、d3、d4、d5、d6边长。
(4)空间夹角计算b2为AT1、T1′Z1在空间上的夹角,b3为AT2、T2′Z2在空间上的夹角。
(5)导线计算根据以上导线测量成果,进行导线平差计算。
坐标、方位从井上导线点传递到井下导线点,Z1、Z2、Z3坐标成果用于指导施工。
1.3工作体会①陀螺定向法的主要优点是占用井筒时间短、精度高、观测作业简单,在地铁施工的竖井中均可采用此方法进行联系测量,是一种值得推广应用的作业方法。
②陀螺定向的实质是通过投点、定向,把井上、井下的导线联成一体,陀螺经纬仪起了测空间边夹角的作用。
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①在测站上整平对中陀螺经纬仪，以一个测回测定待定边或已知边 的方向值，然后将仪器大致对正北方。 ②粗略定向（测定近似北方向） 锁紧灵敏部，启动陀螺马达，待达到额定转速后，下放陀螺灵敏部， 用粗略定向的方法测定近似北方向。完毕后制动陀螺并托起锁紧， 将望远镜视准轴转到近似北方向位置，固定照准部。 ③测前悬带零位观测 打开陀螺照明，下放陀螺灵敏部。进行测前悬带零位观测。同时用 秒表记录自摆周期T。零位观测完毕，托起并锁紧灵敏部。 ④精密定向（精密测定陀螺北） 采用有扭观测方法（如逆转点法等）或无扭观测方法（如中天法、 时差法、摆幅法等）精密测定已知边或待定边的陀螺方位角。 ⑤测后悬带零位观测 ⑥以一个测回测定待定边或已知边的方向值，测前测后两次观测的 方向值的互差对J2和J6级经纬仪分别不得超过10″和25″。取测前测 后观测值的平均值作为测线方向值。
3.7 陀螺定向的精度分析
1.陀螺经纬仪定向的精度评定 陀螺经纬仪的定向精度主要以陀螺方位角 一次测定中误差mT和一次定向中误差 ma 表 示。 1）陀螺方位角一次测定中误差
在待定边进行仿陀螺定向前，陀螺仪需在地面巳知坐标方 位角边上测定仪器常数。按《试行规程》规定，前后共需 测6次，这样就可按白塞尔公式来求算陀螺方位角一次测 定中误差，即仪器常数一次测定中误差（简称一次测定中 误差）。 vv
（3）当在未知边上定向，且仪器本身又无粗定向 罗盘附件时，可用仪器本身来寻找北方，常用的 方法为两个逆转点法。具体操作如下：
测前悬带零位观测
陀螺灵敏部摆动的平衡位置应与目镜分划板的零刻划线重 合，该位置称为悬带零位 。 测定悬带零位时，应将经纬仪整平并固定照准部，然后下放陀 螺灵敏部并从读数目镜中观测灵敏部的摆动(当陀螺仪较长时 间末运转时，测定零位之前，应将马达开动几分钟预热，然后 切断电源，待马达停止转动后再下放灵敏部)，在分划板上连 续读三个逆转点读数a1、a2、a3
1 a1 a 3 a2 2 2
精密定向方法
精密定向就是精确测定已知边和定向边的陀螺方位角。 精密定向方法可分为两大类：一类是仪器照准部处于跟踪 状态，即多年来国内外都采用的逆转点法；另一类是仪器 照准部固定不动，国内外研究和提出的方法很多，如中天 法、时差法、摆幅法等。
△=A0-αT 在下井定向之前，在已知边上测定仪器常数应进行2—3次，各 次之间的互差对于GAK-1、JT15 等型号的仪器应小于40″。
各方位角及仪器常数关系图
2、在井下定向边上测定陀螺方位角
仪器安置在C′点上，可以测出C′D′边的陀螺方位角 αT ′ 。则定向边的地理方位角A为: A=αT ′+△
地理方位角和坐标方位角的关系为： A0=α0+γ0 子午线γ0的符号由安置经纬仪的位置确定，在中央子午线 以东为正，以西为负 。
5、求算井下定向边的坐标方位角
由上述公式可得出 △= A0-αT=α0+γ0-αT
因此井下定向边的坐标方位角为
α= A-γ=αT ′ +△平-γ
（二）陀螺方位角的一次测定作业过程
在没有任何外力作用，并 具有三个自由度的陀螺仪称 为自由陀螺仪 。由转子、内 框架、外框架、支座四部分 组成
自由陀螺仪在高速旋转时具有两个重要 特性： ①陀螺仪自转轴在无外力矩作用时，始 终指向其初始恒定方向。该特性称为定 轴性。 ②陀螺仪自转轴受到外力矩作用时，将 按一定的规律产生进动。该特性称为进 动性。
三 陀螺经纬仪的工作原理
1．地球自转及其对悬挂式陀螺仪的作用
M Ql p sin sin H H
ห้องสมุดไป่ตู้
2．陀螺仪轴对子午面的相对运动
地球自转的水平分量使陀螺仪轴相对于地平面高度θ发生 变化。当陀螺仪轴在子午线以东时，其向东的一端相对于 地平面上升，向西的一端下降，此时产生外力矩（重力原 因）。若陀螺仪转子处于高速运转，则根据进动效应，x 轴有回到地平面的进动趋势，即向子午面靠近。反之，陀 螺仪轴在子午线以西，也有向子午面靠近的运动，因此在 地球自传作用下，x轴形成以子午面为中心的简谐摆动， 其轨迹为一很扁的椭圆 。
m mT
n 1
（9-56）
3.8 高程联系测量
一、导入高程的实质
矿井高程联系测量又称导入标高，其目的是建立井上、井下统一 的高程系统。采用平硐或斜井开拓的矿井，高程联系测量可采用水 准测量或三角高程测量，将地面水准点的高程传递到井下。
测定定向边陀螺方位角应独立进行两次，其互差应小于40″
3、仪器上井后重新测定仪器常数
仪器上井后，应在已知边上重新测定仪器常数2—3次。前 后两次测定的 仪器常数，其中任意两个仪器常数的互差应小于 40″，然后求出仪器常数的最或是值。 白塞尔公式m=±√[vv]/（n-1）评定一次测定中误差。
4、求算子午线收敛角
第三章
3.6
3.7
联系测量(2)
陀螺定向
陀螺定向精度分析
3.8
高程联系测量
3.6 陀螺定向
一、陀螺仪概述 二、陀螺仪基本特性（重点） 三、陀螺仪工作原理（重点+难点） 四、陀螺经纬仪(全站仪)的基本结构 五、陀螺经纬仪定向测量方法（重要）
二、陀螺仪的基本特性
凡是绕其质量对称轴高速 旋转的物体均称为陀螺 。
粗略定向方法
（两个逆转点法、四分之一周期法）
在测定已知边和定向边的陀螺方位角之前，首先进 行粗略定向，即把经纬仪望远镜视准轴置于近似北。 寻找近似北的方法：
（1）配有粗定向盘的陀螺仪，可用罗盘达到粗定 向的目的。 （2）在已知边上测定仪器常数时，可利用已知边 的坐标方位角及仪器站的子午线收敛角来直接寻 找近似北方。
M Ql p sin sin H H
θ为陀螺轴x轴相对于地平面仰起的角度
陀螺仪轴对子午面的相对运动示意图
四 陀螺经纬仪的基本结构
陀螺全站仪
陀螺仪
全站仪
陀螺电源
五 陀螺经纬仪定向测量方法
（一）陀螺经纬仪定向的作业过程
1、地面已知边上测定仪器常数 假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合，陀螺 方位角与地理方位角二者之间的夹角称为仪器常数，一般用△ 表示 。 可以按下式求出仪器常数：