陀螺全站仪在地铁隧道贯通测量中的应用研究
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通误 差 有重 要 的提 高作用 。
而在下 一 时刻 ， 地 球 自转 的作 用 将 会 导 致 陀 螺 主
轴 绕 Ｙ轴 旋 转 ， 因而 ｘ 轴 不 再 与 地 平 面平 行 ， 假 设 它 旋 转过 ， 此 时重力 力 矩 它 的大 小 如下 ：
Ｍ ＝ Ｐ Ｌ ｓ ｉ ｎ ｌ ｆ （ １ ）
的方 向将 不 与 自转 轴平 行 ，
此 时重 力力 矩 作 用 的 陀螺 的旋 转轴 上 ， 陀 螺满 足 了它 的进 动条 件 。 由进 动 规律 可知 ， 进 动 角 速 度应 与
２ 陀 螺 仪 寻 北 工 作 原 理 分 析
陀螺仪 的种 类 多种 多样 ， 结构 也 千差 万别 ， 虽 然 各
的限制 。定 向方 法 更 是 如 此 ， 传 递 一 个 精度 较 高 的基 准方 向更是要 耗 费许 多 的资源 。导 线测 量 的误 差 随着
有的基础上 ， 在陀螺 中心轴下方加装一重物 ， 使其中心
下 移如 图 １所示 。假 设 在初 始 情 况 下 ， 陀 螺 的 自转 轴 在某 时刻 与地平 面 平 行 ， 此 时重 力 线 的方 向 即通 过 重 心 也通 过支 撑点 ， 此 时重力 力 矩 的方 向与 自转 轴 一致 ， 不 会 出现进 动性 。
外 力矩 和 陀螺 的动量 矩有 下 面的关 系 ：
一
种 陀螺 全站 仪用 途 多样性 ， 结 构 的差 异性很 大 ， 但 所 有 陀螺仪 都具 有定 轴 性 和进动 性这 两个 基本 特性 。 本 文 以常 用 的悬挂 式陀 螺经 仪为 例来 介 绍 寻北 规 律 。一 般 的陀 螺在 地 球 自转 的影 响 下 ， 陀 螺 的 自转 轴
隧道 掘 进 的距 离 延伸 ， 系统 误 差会 不停 地 累积 ， 从 而 导
致地 铁 隧道 内部 引测 方位 角 的定 向精度 大 幅 降低 。为
了控 制 地铁 隧道 内导 线 测 量 误 差 的 积 累 ， 通 常 的 方法 就是 加 测 陀螺边 ， 从 而 可 以对 隧道 内 的导 线 方 位 角进 行有 效 改善 。因为 陀螺仪 能够 对地 球 自转 进行 精 确 感 知从 而 来确定 真 北 方 向 ， 所 以它 可 以快 捷 精 确 地 在地
仪的现状及特 点 ， 结 合 高精 度 陀 螺 全 站仪 在 某 城 市 地 铁 隧 道 贯 通 中 的 工 程 实例 ， 得 出加 测 陀 螺 边 定 向 测 量后 地 铁 隧
道贯通精度将 大大提 高的结论 ， 从 而保证 地铁 工程建设 的顺 利进 行。
关键词 ： 地铁隧道贯通 ； 陀螺全站仪 ； 导线测量 ； 定 向 测 量
作 者简介 ： 高军虎（ １ ９ ７ ４ 一） ， 男， 工程师 ， 主要从 事测绘技术 质量管理和研究 。
第 ４期
高军虎等 ．陀螺全站仪在地铁隧 道贯通 测量中的应用研 究
１ ２ ９
３ ． ３ Ｇ Ａ Ｔ高精度 磁 悬浮 陀螺全 站仪 及特 点
依 据 相 关 规 范 关 于 陀 螺 仪 定 向测 量 的 有 关 规 定： 在 地面 已知边 上采 用三 测 回测 量 陀螺方 位 角 ， 求 得 ３个 仪器 常数 ； 在 隧洞 内定 向边 上 两 测 回测 量 陀 螺 方
目前 ， 在地铁 隧道 贯 通 测 量 中陀 螺全 站 仪 应 用 较
图１ 摆 式陀螺仪寻北工作原理
少 。本 文通 过介 绍 陀螺 全 站 仪 的 寻 北 原理 ， 总 结 分 析 了 目前 我 国现有 的 陀螺 全 站 仪 的 特 点 与优 势 ， 并 结合 具体 的工程 实例— — 陀螺 全 站仪在 某 城市 地铁 左 右 线 贯 通 中的应 用情 况 ， 来 验证 加 测 陀螺 边 后 的方 位 角 定 向精度 的 升高对 地 铁 隧道 内导 线 测 量 的 精度 、 减 小 贯
下确 定 真北 方 向。这 样不 仅对 系统 误 差 的累积 进 行 了 限制 ， 更 能 对地 下 控 制 网 的精 度 提 供 检核 。于 是 利 用
］ ｝ ， Ｌ ｌ ｏ ］ Ｉ ，
— Ｖ
Ｒ 转 向 Ｐ
， 一
Ｇ １ 、 、 、 、 、 、 、
陀螺 仪来 进 行方 位角 定 向的基 准确 定 就成 为 目前 完成 地下 空 间定 向测 量最 常用 技术 Ｊ 。
中 图分 类 号 ： Ｐ ２ ５ ８
文献 标 识 码 ： Ｂ
陀螺全站 仪在地铁隧道贯通测量 中的应 用研 究
高 军虎 ， 秦 宽
（ 西安市勘察测绘 院 ， 陕西 西安
摘
７ １ ０ ０ ５ ４ ）
要： 为提 高地 铁 隧 道 贯 通 测 量 的精 度 ， 通 过 对 陀 螺 全 站 仪 的工 作 原 理 进 行 分 析 ， 介 绍 并 比较 了我 国 国产 陀螺 全 站
收稿 日期 ： ２ Ｏ １ ４ 一ｏ ４ —２ ４
育 — Ｌ Ｈｓ ｉ — ｎ ｌ ｆ
一
（ ２ ）
从 上式 看 出 ， 当实 际选 用 的陀螺 仪确 定后 ， 进 动 角
速度完全受高度角 的影响 ， 而 却是 由地球 的 自转作
用 产生 的 ， 于是 陀 螺 仪 的 自转 轴 就 在地 球 自转 分 量 和
１ 引 言
在 地铁地 下 隧道 内 ， 由于 空 间狭 小 、 观测 环 境 恶 劣
和 两端 高度 都在 不 停 地 变 化 中 ， 它 不 能完 成 需 要 的测
量 定 向工作 。为此 ， 通常是 构 造一个 摆 式陀 螺 ， 即在 原
等影 响 ， 并且 由于地下 工程 的特殊性 ， 许 多 空 间测 量 技 术都 无法 利用 ， 即使 传 统 的全 站 仪 测 量 也会 受 到很 大
２ ０ １ ４年 ８月 第 ４期 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ８ ２ ６ ２ （ ２ Ｏ 】 ４ ） ０ ４ — １ ２ ７ — ０ ４
城
市
勘
测
Ａｕ ｇ． ２０１ ４ Ｎｏ ． ４
பைடு நூலகம்
Ｕｒ ｂ ａ ｎ Ｇｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ＆ Ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ｉ ｎ ｇ
而在下 一 时刻 ， 地 球 自转 的作 用 将 会 导 致 陀 螺 主
轴 绕 Ｙ轴 旋 转 ， 因而 ｘ 轴 不 再 与 地 平 面平 行 ， 假 设 它 旋 转过 ， 此 时重力 力 矩 它 的大 小 如下 ：
Ｍ ＝ Ｐ Ｌ ｓ ｉ ｎ ｌ ｆ （ １ ）
的方 向将 不 与 自转 轴平 行 ，
此 时重 力力 矩 作 用 的 陀螺 的旋 转轴 上 ， 陀 螺满 足 了它 的进 动条 件 。 由进 动 规律 可知 ， 进 动 角 速 度应 与
２ 陀 螺 仪 寻 北 工 作 原 理 分 析
陀螺仪 的种 类 多种 多样 ， 结构 也 千差 万别 ， 虽 然 各
的限制 。定 向方 法 更 是 如 此 ， 传 递 一 个 精度 较 高 的基 准方 向更是要 耗 费许 多 的资源 。导 线测 量 的误 差 随着
有的基础上 ， 在陀螺 中心轴下方加装一重物 ， 使其中心
下 移如 图 １所示 。假 设 在初 始 情 况 下 ， 陀 螺 的 自转 轴 在某 时刻 与地平 面 平 行 ， 此 时重 力 线 的方 向 即通 过 重 心 也通 过支 撑点 ， 此 时重力 力 矩 的方 向与 自转 轴 一致 ， 不 会 出现进 动性 。
外 力矩 和 陀螺 的动量 矩有 下 面的关 系 ：
一
种 陀螺 全站 仪用 途 多样性 ， 结 构 的差 异性很 大 ， 但 所 有 陀螺仪 都具 有定 轴 性 和进动 性这 两个 基本 特性 。 本 文 以常 用 的悬挂 式陀 螺经 仪为 例来 介 绍 寻北 规 律 。一 般 的陀 螺在 地 球 自转 的影 响 下 ， 陀 螺 的 自转 轴
隧道 掘 进 的距 离 延伸 ， 系统 误 差会 不停 地 累积 ， 从 而 导
致地 铁 隧道 内部 引测 方位 角 的定 向精度 大 幅 降低 。为
了控 制 地铁 隧道 内导 线 测 量 误 差 的 积 累 ， 通 常 的 方法 就是 加 测 陀螺边 ， 从 而 可 以对 隧道 内 的导 线 方 位 角进 行有 效 改善 。因为 陀螺仪 能够 对地 球 自转 进行 精 确 感 知从 而 来确定 真 北 方 向 ， 所 以它 可 以快 捷 精 确 地 在地
仪的现状及特 点 ， 结 合 高精 度 陀 螺 全 站仪 在 某 城 市 地 铁 隧 道 贯 通 中 的 工 程 实例 ， 得 出加 测 陀 螺 边 定 向 测 量后 地 铁 隧
道贯通精度将 大大提 高的结论 ， 从 而保证 地铁 工程建设 的顺 利进 行。
关键词 ： 地铁隧道贯通 ； 陀螺全站仪 ； 导线测量 ； 定 向 测 量
作 者简介 ： 高军虎（ １ ９ ７ ４ 一） ， 男， 工程师 ， 主要从 事测绘技术 质量管理和研究 。
第 ４期
高军虎等 ．陀螺全站仪在地铁隧 道贯通 测量中的应用研 究
１ ２ ９
３ ． ３ Ｇ Ａ Ｔ高精度 磁 悬浮 陀螺全 站仪 及特 点
依 据 相 关 规 范 关 于 陀 螺 仪 定 向测 量 的 有 关 规 定： 在 地面 已知边 上采 用三 测 回测 量 陀螺方 位 角 ， 求 得 ３个 仪器 常数 ； 在 隧洞 内定 向边 上 两 测 回测 量 陀 螺 方
目前 ， 在地铁 隧道 贯 通 测 量 中陀 螺全 站 仪 应 用 较
图１ 摆 式陀螺仪寻北工作原理
少 。本 文通 过介 绍 陀螺 全 站 仪 的 寻 北 原理 ， 总 结 分 析 了 目前 我 国现有 的 陀螺 全 站 仪 的 特 点 与优 势 ， 并 结合 具体 的工程 实例— — 陀螺 全 站仪在 某 城市 地铁 左 右 线 贯 通 中的应 用情 况 ， 来 验证 加 测 陀螺 边 后 的方 位 角 定 向精度 的 升高对 地 铁 隧道 内导 线 测 量 的 精度 、 减 小 贯
下确 定 真北 方 向。这 样不 仅对 系统 误 差 的累积 进 行 了 限制 ， 更 能 对地 下 控 制 网 的精 度 提 供 检核 。于 是 利 用
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中 图分 类 号 ： Ｐ ２ ５ ８
文献 标 识 码 ： Ｂ
陀螺全站 仪在地铁隧道贯通测量 中的应 用研 究
高 军虎 ， 秦 宽
（ 西安市勘察测绘 院 ， 陕西 西安
摘
７ １ ０ ０ ５ ４ ）
要： 为提 高地 铁 隧 道 贯 通 测 量 的精 度 ， 通 过 对 陀 螺 全 站 仪 的工 作 原 理 进 行 分 析 ， 介 绍 并 比较 了我 国 国产 陀螺 全 站
收稿 日期 ： ２ Ｏ １ ４ 一ｏ ４ —２ ４
育 — Ｌ Ｈｓ ｉ — ｎ ｌ ｆ
一
（ ２ ）
从 上式 看 出 ， 当实 际选 用 的陀螺 仪确 定后 ， 进 动 角
速度完全受高度角 的影响 ， 而 却是 由地球 的 自转作
用 产生 的 ， 于是 陀 螺 仪 的 自转 轴 就 在地 球 自转 分 量 和
１ 引 言
在 地铁地 下 隧道 内 ， 由于 空 间狭 小 、 观测 环 境 恶 劣
和 两端 高度 都在 不 停 地 变 化 中 ， 它 不 能完 成 需 要 的测
量 定 向工作 。为此 ， 通常是 构 造一个 摆 式陀 螺 ， 即在 原
等影 响 ， 并且 由于地下 工程 的特殊性 ， 许 多 空 间测 量 技 术都 无法 利用 ， 即使 传 统 的全 站 仪 测 量 也会 受 到很 大
２ ０ １ ４年 ８月 第 ４期 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ８ ２ ６ ２ （ ２ Ｏ 】 ４ ） ０ ４ — １ ２ ７ — ０ ４
城
市
勘
测
Ａｕ ｇ． ２０１ ４ Ｎｏ ． ４
பைடு நூலகம்
Ｕｒ ｂ ａ ｎ Ｇｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ＆ Ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ｉ ｎ ｇ