第36卷第2期
测绘科学
Science of Surveying and Mapping
Vol. 36No. 2
陀螺全站仪在矿井联系测量中的应用
刘绍堂①③，蒋瑞波①，苏
轩②
(①河南工程学院土木工程系，郑州451191; ②安阳大众煤业有限责任公司，河南安阳455141;
③同济大学土木工程学院测量与国土信息系，上海200092)
【摘要】本文介绍陀螺全站仪在煤矿竖井联系测量中的应用。简述投点、井上下连接测量、陀螺全站仪定向和导入标高的方法，分析陀螺定向的精度，讨论定向方法的优缺点。实践表明:利用陀螺全站仪进行竖井联系测量，克服了几何定向精度低、占用井筒时间长等缺点，提高了井下测量数据精度，为煤矿安全生产工作提供了保证。
【关键词】陀螺全站仪; 联系测量; 定向【中图分类号】P25【文献标识码】A 【文章编号】1009-2307(2011) 02-0094-03
1引言3仪器设备配置
安阳大众煤业有限责任公司矿区位于安阳西北30km ，矿区范围为东经114°05'20″～114°07'06″，北纬36°10'12〞～36°14'49″。由于井下巷道原有测量控制点变形破坏严重，为了满足煤矿矿井扩建和新建主、副井安全生产的需要和对前期测量成果进行检校，需要进行联系测量。
通过竖井进行联系测量，将地面控制点的方向、坐标和高程精确地传递到地下竖井底部，使地面和地下的控制纳入到同一基准中，为地下控制测量提供依据。竖井联系测量包括定向测量和高程传递。
［1］
目前我国竖井定向有几何定向法和陀螺定向法。几何定向法费时费力，占用井筒时间过长，影响施工或者生［2］
产。陀螺定向法占用井筒的时间短，作业简单，有利于
［3］
提高定向精度和效率。其广泛应用已经成为一种趋势。
在现有陀螺定向实践中，常常采用陀螺经纬仪定向。本文采用新型陀螺全站仪进行矿井定向，电子测角、电子测距、电子计算，能自动显示和存储测量结果，方便与外围设备交换信息，自动化程度更高，不失为一种有益的探索和尝试。
332全站仪，一台索本次测量使用了一台拓扑康GTS-佳陀螺全站仪; 一副600m 长钢卷尺，一台钢丝绞车、两台
水准仪等设备。由于钢丝投点在生产副井中进行，副井筒深约420m ，故还需要配备采用Φ1. 6mm 的钢丝和配重为一个60kg 重的悬挂重砣。
索佳陀螺全站仪由GP1陀螺仪和SET3130R3无协作目标全站仪组成，测量过程无须手工记录、计时或计算。所有工作通过对全站仪的全数字字母键盘或者SF14遥控键盘操作完成。逆转点跟踪测量模式、中天测量模式可选。其技术指标如表1所示。
4竖井联系测量
2坐标系统和已有成果的利用
1) 坐标系统
平面成果采用1954年北京坐标系，高程成果采用1956年黄海高程系。
2) 已有成果的利用
经过测区踏勘和调查得知，河南省煤田地质三队2007年在本矿区进行煤田勘探时布设了E 级GPS 控制网点5座，并在工业广场施测了“近井点1”和“近井点2”(如图1) 。这些点目保存完好。因此，确定使用这些E 级GPS 点作为本期矿井联系测量和新建主、副井测量的起算点。这些点还可用来测定陀螺仪的仪器常数。
) ，男，河南作者简介:刘绍堂(1965-省禹州市人，副教授，在读博士研究、“3S ”教学和生，主要从事工程测量
研究工作。E-mail :liushaotang007@163. com 08-20收稿日期:2009-基金项目:河南省重点科技攻关项目
([1**********]2)
联系测量由四部分工作组成:经竖井由地面向定向水平投点; 导入标高; 地面、井下与垂球线的连接测量; 井下基本控制导线起始边的陀螺全站仪定向。4. 1投点
由于竖井较深、井筒中淋水、尘雾较大，激光垂直投点仪的射程及到达定向水平的光斑点的精度都难得到保证，所以需采用钢丝投点。
投点时，井上通表1陀螺全站仪技术指标过定点板下放钢丝方位角精度(标准差) ±20″井下将钢丝悬挂60kg 运转时间
约60s
重的重砣放在大油桶半周期(中纬度地
约3min
中，大油桶里灌满水区)
约10'
和锯沫使成粘稠状，最小分划间隔
－20℃～+50℃待钢丝基本稳定后即工作温度
进行连接测量。工作区域可达纬度75°
为保证钢丝自由尺寸(长×宽×高) 145×200×416mm 悬挂，钢丝下放后，
重量约3. 8kg
应采用铁丝环作为信
号圈套入钢丝由井上下放，在井底接收检查; 测量中重砣还不得与桶壁、桶底接触。
投点工作独立进行两次，两次比较误差均应符合《煤矿测量规程》要求。投点时应尽量减少或不占用井筒的提升时间。
4. 2井上下连接
地面连接:地面连接的平面图如图1所示。矿井地面
，精度为E 级GPS 附近有两个近井点“近井1”和“近井2”
点。由于副井井口与近井点不通视，所以在副井井口附近
。连接点L 1是从“近井1”点上施测一个临时连接点“L 1”
按照支导线测量法发展过来，即:将仪器架设在“近井1”
上，以“近井2”为后视方向，“近井1-近井2”为已知边，检查“近井1-近井2”边长，使用2秒全站仪测角、量边，
均按照煤矿测量规程的要求进行独立进行两次，取平
均值求出连接点L 1的平面坐标和高程。地面连接在L 1点进行，同样也按照煤矿测量规程独立进行两次取均值。
井下连接:如图2所示事先在副井井下布设基点F 1、F 2，连接测量时采用全站仪方向观测法，水平角观测两测回，四次测距。具体
做法是在基点F 1下架设仪图1地面连接测量平面图器，测量基点F 2与副井悬
挂钢丝的水平角θ，并精确测定基点F 1至悬挂钢丝、基点F 2的距离D 1、D 2，角度和距离
各测两测回。
图2井下连接测量平面图
地面连接导线和井下连接
导线可在与垂球线的连接前或连接后进行观测。井上、下连接导线及与垂球线的连接都应独立进行两次，其最大相对闭合差地面导线不得超过1/12000～1/8000; 井下导线不得超过1/6000～1/4000。4. 3导入标高
采用与钢丝投点相同同样的方法下放600m 钢尺，井上、下用水准仪量出与仪器高度在同一水平面的悬挂钢尺上的刻度值，两次读数取均值。使用温度计测出井筒上下的温度。通过改正计算出钢尺在井筒中的真实长度。高程传递均独立进行两次，两次比较误差均应符合《煤矿测量规程》要求。
本例中，已知:井上悬挂钢尺标记点的高程:H 上=166. 415m ，井下投点钢尺两次读数:0. 442m 、0. 442m ，副井井上钢尺两次读数:412. 45m 、412. 45m
所以:副井井筒内悬挂钢尺长度L =412. 008m 。
测得:井筒地面温度t 1=28°，井筒地下温度t 2=19°，平均温度t =23. 5°。
1) 钢尺自重改正
ΔLc =(γ/2E) ×L 2=0. 000000195×L 2=0. 035m
式中:γ为钢的密度，即7. 8g /cm3
; E 为钢的弹性系
数，等于2×106kg /cm2
。
2) 钢尺温度改正
ΔL t =a ×L ×(t －t 0) =0.0000125×L ×(28－19) =－0.046m
式中:a 为钢的膨胀系数，即0. 0000125m /cm2
。3) 钢尺拉力改正
L p =L ×(P －P 0) /(E ×F ) =L /4000=0. 103m
式中:F 为钢尺的横断面面积，即0. 02cm 2
; E 为钢的
弹性系数，即2×106kg /cm2
。
4) 钢尺比长及搭接改正ΔL 比=－0. 038m
所以，钢尺的真长L 真=L +ΔLc +ΔL t +ΔL 比+ΔL p =412. 062m
又，基点F 1的仪器高:－2. 49m
故，井下F 1基点高程=副井井上投点高程－钢尺测量真长－基点F 1仪器高
=166. 415－412. 062－(－2. 49) =－243. 157m 4. 4陀螺定向
1) 定向方法选择:
陀螺全站仪测定陀螺北有两种测量模式
［4，5］
。逆转点跟踪测量模式:顺时针或逆时针旋转全站仪使
陀螺仪目镜视场内的测标尽可能接近零分划线，当测标抵达逆转点时，按下全站仪键盘或SF14遥控键盘按键读取并储存水平角值，在读取了两个或两个以上逆转点数据后便可自动进行陀螺北的计算。
中天测量模式:用逆转点跟踪测量模式观测两个逆转点、或者借助管式罗盘等其他方法近似测定真北，使其误差在±20' 以内，然后将全站仪望远镜站准真北方向并固紧水平制动螺旋，每当测标与零分划重合时按下键盘按键读取逆转点摆幅，这一简单过程一旦完成全站仪便可自动计算出陀螺北方向。
本次采用采用跟踪逆转点法测量陀螺北方向值。2) 观测程序
陀螺全站仪定向按3-2-3的观测次序进行，即:在地面已知边“近井1-近井2”采用三测回测量陀螺方
位角，求得三个仪器常数;
在井下定向边“F 1－F 2”上分别用两测回测量陀螺方位角;
返回地面后，在已知边“近井1－近井2”再采用三测回测量陀螺方位角，再求得三个仪器常数。
3) 一测回测量陀螺方位角的观测步骤
以全站仪的两个镜位观测测线方向值—
——测前方向值; 粗略定向;
测量悬挂带零位值—
——测前零位; 用跟踪逆转点法精确测定陀螺北方向值;
测量悬挂带零位值—
——测后零位; 以全站仪的两个镜位观测测线方向值—
——测后方向值。4) 定向边端点坐标的计算
由钢丝投点和井上下连接测量求出钢丝投点坐标:X =4007024. 044m ，Y =508263. 928m ;
由陀螺全站仪定向求出F 1—F 2的坐标方位角:α1=59°03'10″。
由井下连接测量测得:
θ=139°08'12″，D 1=61. 849m ，D 2=41. 850m
所以，悬挂钢丝－F 1的坐标方位角α1=18°11'22″
故，F 1点的坐标为:X =4007024. 044+D 1×cos α1
=4007082. 800m
Y =508263. 928+D 1×sin α1=508283. 234m
F 2点的坐标为:X =4007082. 800+D 2×cos α=4007104. 321m
Y =508283. 234+D 2×sin α=508319. 126m
5陀螺全站仪定向的精度评定
由于起始坐标误差对于巷道测量的影响不管巷道一翼多长都是固定值，所以不讨论投点和井上下连接测量的影响，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m 误差m ［6，7］
T 和一次定向中α表示
。1) 陀螺方位角一次测定中误差
在待定边进行陀螺定向前，陀螺仪需在地面已知坐标方位角边上测定仪器常数Δ。按《煤矿测量规程》的规定，前后共需测6次，这样就可按白塞尔公式计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为:
m 22
Δ=m T =
∑v
2
/(n －1) =1109. 76
式中，v i =Δi –Δ平，n Δ为测定仪器常数的次数。本例n Δ为6，则测定仪器常数平均值的中误差为:
m 222
Δ平=m T 平=m T /n Δ=184. 96所以:本例中m Δ平=±13. 6″2) 一次定向中误差
α=α' T +Δ平－γ井下陀螺定向边的坐标方位角为:式中:m Δ平为仪器常数平均值中误差;
m' T 平为待定边陀螺方位角平均值中误差; m γ为确定子午线收敛角的中误差。
222
因m γ≈0，故一次定向中误差为:m α=m Δ平+m' T 平
因井下定向边少，观测次数少，需近似计算。一般井上下由同一个观测者用同一台仪器相同方法观测，则可认为:m Δ平=m' T 平
2-3) 的观测程序:此时按照(3-m 2m' 2T Δ222
m α=m Δ平+m' T 平=+
62
m α=±0．816m Δ
所以本例求得一次定向中误差为m α=±11. 10″，此次定向满足该矿生产要求。
但高精度陀螺全站仪的高价格，是此方法难以推广的主要原因。陀螺全站仪定向尽管可以使用逆转点法和中天法两种方法都可以得到真北方向，但实测过程完全不同，为了保证定向精度，使用中建议将两种方法测得的结果进行比较以检验测量结果的可靠性。
参考文献
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李万木，金继读. 小型矿井中陀螺定向测量方法探
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张冠宇，李宗春，李广云，等. Y /JTG一1下架式陀
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段太生. AGPI 自动陀螺全站仪测量系统及应用［J ］. 测绘通报，2002，(7) .
陈伟，汤洪刚，张涛，等. 陀螺全站仪在小型矿井
J ］. 中州煤炭，2009，(8) . 联系测量中的应用［
阳华，邢应和，张号召，等. 井下陀螺定向及其精
J ］. 矿山测量. 2002，(1) . 度分析［
6结束语
利用陀螺全站仪进行竖井联系测量的主要特点是，投
点和井下基本控制导线起始方位角传递任务是单独完成的，排除了投点误差对起始边坐标方位角传递的影响，因为竖井联系测量的主要任务是精确地将地面的坐标方位角传递到井下基本控制导线的起始边上，因而，提高了定向的精度; 与几何定向相比，采用陀螺仪定向时，投点不再涉及方向传递，可节省大量的劳力和时间，是技术上的进步，
Application of total station gyroscope in shaft orientation
Abstract :This paper introduced the application of total station gyroscope in shaft orientation．It briefly summarized the measure-ments methods ，analyzed the accuracy of total station gyroscope ，and discussed the advantages and disadvantages of different orientation methods．Practice showed that the application of total station gyroscope overcame the shortcomings of the geometric orientation ，im-proved the accuracy of the mine orientation and could guarantee the safety of the coal mine production.
Key words :total station gyroscope ; shaft orientation ; orientation LIU Shao-tang ①③，JIANG Rui-bo ①，SU Xuan ②(①Department of Civil Engineering ，Henan Institute of Engineering ，Zheng-zhou 451191，China ; ②Anyang Dazhong Coal Co．，Ltd．，Henan Anyang 455141，China ; ③Department of Surveying and Geo-Infor-matics ，Tongji University ，Shanghai 200092，China )
檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿
(上接第44页) ［9］王敏，沈正康，董大南. 非构造形变对GPS 连续站
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2005，48(5) .
［10］Wdowinski S ，Bock Y ，Zhang J ，Fang P ，Genrich
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［11］Dong D N ，Fang P ，Bock Y ，Webb F ，Prawirodirdjo
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Institute of technology ，2006.
［14］Herring T A. GLOBK :Global Kalman Filter VLBI and
GPS Analysis Program ，Version 10. 3. Cambridge :Mas-sachusetts Institute of technology ，2006.
Identification and estimation of common －mode error from time sequences of vertical
direction of GPS continuous stations
Abstract :Present research has suggested that there exist common-mode errors in GPS time sequence results．As to the horizontal
direction ，the common-mode errors of observation data can be estimated through the method of ‘Euler-Filtering ’，however ，this method is powerlessness as to the estimation of common-mode errors in the vertical direction．Accordingly ，the paper made use of the method of
‘Mean-Filtering ’to identify and estimate common-mode errors in the vertical direction ，and the results suggested :time sequence ob-servation data of the vertical direction of GPS continuous stations also included very obvious common-mode errors ; valid estimation of
the common-mode errors could be achieved by comprehensive using ‘Mean-Filtering ’method．Taking results of the 11stations in Tian-jin area as example ，the statistical proportion of mean square errors of combined ，common-mode and the station was 1. 6∶1.3∶1.0. Sig-nal-to-noise ratio could be obviously improved through the common －mode error correction．Key words :GPS ; time sequence ; common-mode error in the vertical direction ; mean-filtering method ; signal-to-noise ratio
YANG Bo ，ZHANG Feng-shuang ，HAN Yue-ping ，CHEN Fu-chao (First Crust Monitoring and Application Center ，CEA ，Tianjin
300180，China )
第36卷第2期
测绘科学
Science of Surveying and Mapping
Vol. 36No. 2
陀螺全站仪在矿井联系测量中的应用
刘绍堂①③，蒋瑞波①，苏
轩②
(①河南工程学院土木工程系，郑州451191; ②安阳大众煤业有限责任公司，河南安阳455141;
③同济大学土木工程学院测量与国土信息系，上海200092)
【摘要】本文介绍陀螺全站仪在煤矿竖井联系测量中的应用。简述投点、井上下连接测量、陀螺全站仪定向和导入标高的方法，分析陀螺定向的精度，讨论定向方法的优缺点。实践表明:利用陀螺全站仪进行竖井联系测量，克服了几何定向精度低、占用井筒时间长等缺点，提高了井下测量数据精度，为煤矿安全生产工作提供了保证。
【关键词】陀螺全站仪; 联系测量; 定向【中图分类号】P25【文献标识码】A 【文章编号】1009-2307(2011) 02-0094-03
1引言3仪器设备配置
安阳大众煤业有限责任公司矿区位于安阳西北30km ，矿区范围为东经114°05'20″～114°07'06″，北纬36°10'12〞～36°14'49″。由于井下巷道原有测量控制点变形破坏严重，为了满足煤矿矿井扩建和新建主、副井安全生产的需要和对前期测量成果进行检校，需要进行联系测量。
通过竖井进行联系测量，将地面控制点的方向、坐标和高程精确地传递到地下竖井底部，使地面和地下的控制纳入到同一基准中，为地下控制测量提供依据。竖井联系测量包括定向测量和高程传递。
［1］
目前我国竖井定向有几何定向法和陀螺定向法。几何定向法费时费力，占用井筒时间过长，影响施工或者生［2］
产。陀螺定向法占用井筒的时间短，作业简单，有利于
［3］
提高定向精度和效率。其广泛应用已经成为一种趋势。
在现有陀螺定向实践中，常常采用陀螺经纬仪定向。本文采用新型陀螺全站仪进行矿井定向，电子测角、电子测距、电子计算，能自动显示和存储测量结果，方便与外围设备交换信息，自动化程度更高，不失为一种有益的探索和尝试。
332全站仪，一台索本次测量使用了一台拓扑康GTS-佳陀螺全站仪; 一副600m 长钢卷尺，一台钢丝绞车、两台
水准仪等设备。由于钢丝投点在生产副井中进行，副井筒深约420m ，故还需要配备采用Φ1. 6mm 的钢丝和配重为一个60kg 重的悬挂重砣。
索佳陀螺全站仪由GP1陀螺仪和SET3130R3无协作目标全站仪组成，测量过程无须手工记录、计时或计算。所有工作通过对全站仪的全数字字母键盘或者SF14遥控键盘操作完成。逆转点跟踪测量模式、中天测量模式可选。其技术指标如表1所示。
4竖井联系测量
2坐标系统和已有成果的利用
1) 坐标系统
平面成果采用1954年北京坐标系，高程成果采用1956年黄海高程系。
2) 已有成果的利用
经过测区踏勘和调查得知，河南省煤田地质三队2007年在本矿区进行煤田勘探时布设了E 级GPS 控制网点5座，并在工业广场施测了“近井点1”和“近井点2”(如图1) 。这些点目保存完好。因此，确定使用这些E 级GPS 点作为本期矿井联系测量和新建主、副井测量的起算点。这些点还可用来测定陀螺仪的仪器常数。
) ，男，河南作者简介:刘绍堂(1965-省禹州市人，副教授，在读博士研究、“3S ”教学和生，主要从事工程测量
研究工作。E-mail :liushaotang007@163. com 08-20收稿日期:2009-基金项目:河南省重点科技攻关项目
([1**********]2)
联系测量由四部分工作组成:经竖井由地面向定向水平投点; 导入标高; 地面、井下与垂球线的连接测量; 井下基本控制导线起始边的陀螺全站仪定向。4. 1投点
由于竖井较深、井筒中淋水、尘雾较大，激光垂直投点仪的射程及到达定向水平的光斑点的精度都难得到保证，所以需采用钢丝投点。
投点时，井上通表1陀螺全站仪技术指标过定点板下放钢丝方位角精度(标准差) ±20″井下将钢丝悬挂60kg 运转时间
约60s
重的重砣放在大油桶半周期(中纬度地
约3min
中，大油桶里灌满水区)
约10'
和锯沫使成粘稠状，最小分划间隔
－20℃～+50℃待钢丝基本稳定后即工作温度
进行连接测量。工作区域可达纬度75°
为保证钢丝自由尺寸(长×宽×高) 145×200×416mm 悬挂，钢丝下放后，
重量约3. 8kg
应采用铁丝环作为信
号圈套入钢丝由井上下放，在井底接收检查; 测量中重砣还不得与桶壁、桶底接触。
投点工作独立进行两次，两次比较误差均应符合《煤矿测量规程》要求。投点时应尽量减少或不占用井筒的提升时间。
4. 2井上下连接
地面连接:地面连接的平面图如图1所示。矿井地面
，精度为E 级GPS 附近有两个近井点“近井1”和“近井2”
点。由于副井井口与近井点不通视，所以在副井井口附近
。连接点L 1是从“近井1”点上施测一个临时连接点“L 1”
按照支导线测量法发展过来，即:将仪器架设在“近井1”
上，以“近井2”为后视方向，“近井1-近井2”为已知边，检查“近井1-近井2”边长，使用2秒全站仪测角、量边，
均按照煤矿测量规程的要求进行独立进行两次，取平
均值求出连接点L 1的平面坐标和高程。地面连接在L 1点进行，同样也按照煤矿测量规程独立进行两次取均值。
井下连接:如图2所示事先在副井井下布设基点F 1、F 2，连接测量时采用全站仪方向观测法，水平角观测两测回，四次测距。具体
做法是在基点F 1下架设仪图1地面连接测量平面图器，测量基点F 2与副井悬
挂钢丝的水平角θ，并精确测定基点F 1至悬挂钢丝、基点F 2的距离D 1、D 2，角度和距离
各测两测回。
图2井下连接测量平面图
地面连接导线和井下连接
导线可在与垂球线的连接前或连接后进行观测。井上、下连接导线及与垂球线的连接都应独立进行两次，其最大相对闭合差地面导线不得超过1/12000～1/8000; 井下导线不得超过1/6000～1/4000。4. 3导入标高
采用与钢丝投点相同同样的方法下放600m 钢尺，井上、下用水准仪量出与仪器高度在同一水平面的悬挂钢尺上的刻度值，两次读数取均值。使用温度计测出井筒上下的温度。通过改正计算出钢尺在井筒中的真实长度。高程传递均独立进行两次，两次比较误差均应符合《煤矿测量规程》要求。
本例中，已知:井上悬挂钢尺标记点的高程:H 上=166. 415m ，井下投点钢尺两次读数:0. 442m 、0. 442m ，副井井上钢尺两次读数:412. 45m 、412. 45m
所以:副井井筒内悬挂钢尺长度L =412. 008m 。
测得:井筒地面温度t 1=28°，井筒地下温度t 2=19°，平均温度t =23. 5°。
1) 钢尺自重改正
ΔLc =(γ/2E) ×L 2=0. 000000195×L 2=0. 035m
式中:γ为钢的密度，即7. 8g /cm3
; E 为钢的弹性系
数，等于2×106kg /cm2
。
2) 钢尺温度改正
ΔL t =a ×L ×(t －t 0) =0.0000125×L ×(28－19) =－0.046m
式中:a 为钢的膨胀系数，即0. 0000125m /cm2
。3) 钢尺拉力改正
L p =L ×(P －P 0) /(E ×F ) =L /4000=0. 103m
式中:F 为钢尺的横断面面积，即0. 02cm 2
; E 为钢的
弹性系数，即2×106kg /cm2
。
4) 钢尺比长及搭接改正ΔL 比=－0. 038m
所以，钢尺的真长L 真=L +ΔLc +ΔL t +ΔL 比+ΔL p =412. 062m
又，基点F 1的仪器高:－2. 49m
故，井下F 1基点高程=副井井上投点高程－钢尺测量真长－基点F 1仪器高
=166. 415－412. 062－(－2. 49) =－243. 157m 4. 4陀螺定向
1) 定向方法选择:
陀螺全站仪测定陀螺北有两种测量模式
［4，5］
。逆转点跟踪测量模式:顺时针或逆时针旋转全站仪使
陀螺仪目镜视场内的测标尽可能接近零分划线，当测标抵达逆转点时，按下全站仪键盘或SF14遥控键盘按键读取并储存水平角值，在读取了两个或两个以上逆转点数据后便可自动进行陀螺北的计算。
中天测量模式:用逆转点跟踪测量模式观测两个逆转点、或者借助管式罗盘等其他方法近似测定真北，使其误差在±20' 以内，然后将全站仪望远镜站准真北方向并固紧水平制动螺旋，每当测标与零分划重合时按下键盘按键读取逆转点摆幅，这一简单过程一旦完成全站仪便可自动计算出陀螺北方向。
本次采用采用跟踪逆转点法测量陀螺北方向值。2) 观测程序
陀螺全站仪定向按3-2-3的观测次序进行，即:在地面已知边“近井1-近井2”采用三测回测量陀螺方
位角，求得三个仪器常数;
在井下定向边“F 1－F 2”上分别用两测回测量陀螺方位角;
返回地面后，在已知边“近井1－近井2”再采用三测回测量陀螺方位角，再求得三个仪器常数。
3) 一测回测量陀螺方位角的观测步骤
以全站仪的两个镜位观测测线方向值—
——测前方向值; 粗略定向;
测量悬挂带零位值—
——测前零位; 用跟踪逆转点法精确测定陀螺北方向值;
测量悬挂带零位值—
——测后零位; 以全站仪的两个镜位观测测线方向值—
——测后方向值。4) 定向边端点坐标的计算
由钢丝投点和井上下连接测量求出钢丝投点坐标:X =4007024. 044m ，Y =508263. 928m ;
由陀螺全站仪定向求出F 1—F 2的坐标方位角:α1=59°03'10″。
由井下连接测量测得:
θ=139°08'12″，D 1=61. 849m ，D 2=41. 850m
所以，悬挂钢丝－F 1的坐标方位角α1=18°11'22″
故，F 1点的坐标为:X =4007024. 044+D 1×cos α1
=4007082. 800m
Y =508263. 928+D 1×sin α1=508283. 234m
F 2点的坐标为:X =4007082. 800+D 2×cos α=4007104. 321m
Y =508283. 234+D 2×sin α=508319. 126m
5陀螺全站仪定向的精度评定
由于起始坐标误差对于巷道测量的影响不管巷道一翼多长都是固定值，所以不讨论投点和井上下连接测量的影响，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m 误差m ［6，7］
T 和一次定向中α表示
。1) 陀螺方位角一次测定中误差
在待定边进行陀螺定向前，陀螺仪需在地面已知坐标方位角边上测定仪器常数Δ。按《煤矿测量规程》的规定，前后共需测6次，这样就可按白塞尔公式计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为:
m 22
Δ=m T =
∑v
2
/(n －1) =1109. 76
式中，v i =Δi –Δ平，n Δ为测定仪器常数的次数。本例n Δ为6，则测定仪器常数平均值的中误差为:
m 222
Δ平=m T 平=m T /n Δ=184. 96所以:本例中m Δ平=±13. 6″2) 一次定向中误差
α=α' T +Δ平－γ井下陀螺定向边的坐标方位角为:式中:m Δ平为仪器常数平均值中误差;
m' T 平为待定边陀螺方位角平均值中误差; m γ为确定子午线收敛角的中误差。
222
因m γ≈0，故一次定向中误差为:m α=m Δ平+m' T 平
因井下定向边少，观测次数少，需近似计算。一般井上下由同一个观测者用同一台仪器相同方法观测，则可认为:m Δ平=m' T 平
2-3) 的观测程序:此时按照(3-m 2m' 2T Δ222
m α=m Δ平+m' T 平=+
62
m α=±0．816m Δ
所以本例求得一次定向中误差为m α=±11. 10″，此次定向满足该矿生产要求。
但高精度陀螺全站仪的高价格，是此方法难以推广的主要原因。陀螺全站仪定向尽管可以使用逆转点法和中天法两种方法都可以得到真北方向，但实测过程完全不同，为了保证定向精度，使用中建议将两种方法测得的结果进行比较以检验测量结果的可靠性。
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6结束语
利用陀螺全站仪进行竖井联系测量的主要特点是，投
点和井下基本控制导线起始方位角传递任务是单独完成的，排除了投点误差对起始边坐标方位角传递的影响，因为竖井联系测量的主要任务是精确地将地面的坐标方位角传递到井下基本控制导线的起始边上，因而，提高了定向的精度; 与几何定向相比，采用陀螺仪定向时，投点不再涉及方向传递，可节省大量的劳力和时间，是技术上的进步，
Application of total station gyroscope in shaft orientation
Abstract :This paper introduced the application of total station gyroscope in shaft orientation．It briefly summarized the measure-ments methods ，analyzed the accuracy of total station gyroscope ，and discussed the advantages and disadvantages of different orientation methods．Practice showed that the application of total station gyroscope overcame the shortcomings of the geometric orientation ，im-proved the accuracy of the mine orientation and could guarantee the safety of the coal mine production.
Key words :total station gyroscope ; shaft orientation ; orientation LIU Shao-tang ①③，JIANG Rui-bo ①，SU Xuan ②(①Department of Civil Engineering ，Henan Institute of Engineering ，Zheng-zhou 451191，China ; ②Anyang Dazhong Coal Co．，Ltd．，Henan Anyang 455141，China ; ③Department of Surveying and Geo-Infor-matics ，Tongji University ，Shanghai 200092，China )
檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿
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Identification and estimation of common －mode error from time sequences of vertical
direction of GPS continuous stations
Abstract :Present research has suggested that there exist common-mode errors in GPS time sequence results．As to the horizontal
direction ，the common-mode errors of observation data can be estimated through the method of ‘Euler-Filtering ’，however ，this method is powerlessness as to the estimation of common-mode errors in the vertical direction．Accordingly ，the paper made use of the method of
‘Mean-Filtering ’to identify and estimate common-mode errors in the vertical direction ，and the results suggested :time sequence ob-servation data of the vertical direction of GPS continuous stations also included very obvious common-mode errors ; valid estimation of
the common-mode errors could be achieved by comprehensive using ‘Mean-Filtering ’method．Taking results of the 11stations in Tian-jin area as example ，the statistical proportion of mean square errors of combined ，common-mode and the station was 1. 6∶1.3∶1.0. Sig-nal-to-noise ratio could be obviously improved through the common －mode error correction．Key words :GPS ; time sequence ; common-mode error in the vertical direction ; mean-filtering method ; signal-to-noise ratio
YANG Bo ，ZHANG Feng-shuang ，HAN Yue-ping ，CHEN Fu-chao (First Crust Monitoring and Application Center ，CEA ，Tianjin
300180，China )