【《陀螺定向测量理论基础综述》1400字】

陀螺定向测量理论基础综述1.1陀螺定向测量基本原理陀螺定向测量（gyrostaticorientationsurvey）是用陀螺全站仪去测量设计好的某个控制网网边的陀螺方位角，再通过测得的陀螺方位角去换算此测量边的真方位角的测量工作REF_Ref7279\w\h[25]。常用在定向联系测量。陀螺方位角，指从陀螺仪子午线的北方向顺时针观测量取某条定向边的水平角度。1.1.1陀螺全站仪定向原理陀螺仪从广泛意义讲述就是─种围绕着一个固定点进行高速旋转的对称刚体。当自由陀螺仪处于高速旋转的运动中表现出两个特性:eq\o\ac(○,1)定轴性；eq\o\ac(○,2)进动性。地球自转对陀螺运动的影响图2-1地球自转角速度分量示意图如图2-1左图所示，因地球以角速度绕自身自转轴的由西向东旋转，所以在地面上的物体（除两极以外）也都随地球的角速度旋转。可以将分解成两个相互正交的分量和。为绕地球水平旋转的分量，表示在空间中地平面绕子午线转动的角速度，其大小为：（2-1）为垂直分量，表示在空间中子午面绕铅垂线转动的角速度，它的大小为：（2-2）为了解释清楚地球旋转的角速度会对陀螺仪产生什么影响，就需要再把分量分解为互相垂直的分量、，如图2-1右图所示。、分别表示地平面绕y轴、x轴旋转的角速度，其大小为：（2-3）由于与陀螺仪旋转轴的方向是一样的，所以对陀螺的转动方向没有影响。而方向与陀螺仪旋转轴垂直，使陀螺旋转轴产生相对于地平面间的运动，导致陀螺轴东升西降。总之，地球自转会带动陀螺的自转轴旋转，影响陀螺仪自转轴方位角，使陀螺自转轴两端高度变化。陀螺全站仪定向测量原理图2-2全站仪定向测量示意图利用陀螺仪这两个特殊性质，构造上将陀螺仪与测量角度的全站仪相结合，实现寻求陀螺真北方向结合传统测量坐标方位角的方法，进而实现定向测量的目的。如图2-2所示，是陀螺寻北方向;；是陀螺的马达轴方向；是全站仪水平刻度盘的零位方向；是全站仪瞄准待测物的测线方向。以摆式的陀螺的方式寻北，感应地球北向分量的自转角速度，形成寻北力矩，陀螺利用离转轴越远的力作用点，力作用的方向就会与转轴所处位置的平面越接近垂直，使物体转动的动态变化得就越明显，以这个方式测定天文北向与陀螺角动量轴线的夹角。且给出寻北方向跟法线方向中间的夹角，并通过全站仪输出角度值。全站仪再测量目标的测线方向与水平刻度盘上零位的夹角C。于是，（2-4）在已知的测线上拿比对，以此确定:（2-5）将记为，当开展洞内测量作业时，需先量取陀螺的寻北方向与陀螺马达轴的夹角;和洞内中线的测线方向与仪器水平零位方向的夹角C'，按照下列式子计算，可以算出陀螺在洞内中线的测线的定向成果:(2-6)1.1.2陀螺定向作业过程图2-3陀螺定向示意图在洞外已测得的边上测定仪器常数。由于陀螺仪旋转轴与目镜的零刻度线分划板所处的光轴及望远镜光轴安装出现差错，致使正常测量出现夹角，则认定这个夹角为陀螺仪的仪器常数，用来表示，如图2-3所示。仪器常数：即已获取的陀螺方位角与地理方位角的比较。由式（2-7）求得：（2-7）测洞内陀螺方位角，那么定向边地理方位角为：（2-8）获取未知边的陀螺方位角不能一次完成，得分开进行两次，且需进行核验。再次测定仪器常数。未知边陀螺方位角测完之后，需重新量取仪器常数。两次测得的仪器常数要符合规范要求，最后要求得仪器常数的最或是值。求出计算需要测量的边的坐标方位角，通常测得的边测的是坐标方位角，而井下定向是在需要坐标方位角，并不是地理方位角，所以还需求出子午收敛角。坐标方位角与地理方位角，存在以下关系：（2-9）子午收敛角的符号，是用中央子午线来区分，分别以东西方向区分负。（2-10）待测边的坐标方位角为：（2-11）将仪器常数代入式