1、陀螺全站仪基线场建立意义

陀螺全站仪是一种将陀螺仪和全站仪合成一体的用于定向测量的仪器，利用陀螺仪本身的两个物理特性（定轴性和进动性）及地球自转对它的影响，能够在纬度70度范围内的任何地方迅速给出真北方向或任意目标的真方位角。陀螺全站仪被广泛应用在隧道内或其它封闭环境条件下的方向测定，包括建筑、导航、测绘、矿山、地铁、森林及海洋等部门的定向测量。

陀螺全站仪是一种精密仪器，受到仪器自身结构以及外界环境等影响，需要定期进行仪器常数的测定，保证陀螺仪测量精度。但目前国内还没有陀螺仪的检定规程以及较权威的技术规范。为此，陀螺仪基线场建立和仪器常数测定是亟待解决的一个问题。本文结合我院陀螺全站仪特点，建立了陀螺仪基线场，可定期进行陀螺仪仪器常数的测定。

2、陀螺全站仪基线场建立内容和要求

我院引进了一台精密陀螺全站仪，一次定向标准偏差优于±8秒。陀螺全站仪是一种精密仪器，陀螺全站仪受环境影响较大，为了测定陀螺全站仪仪器常数和检核陀螺北方向测量的精度，需要定期进行仪器常数的测定。陀螺仪基线场建立内容包括：1、设置稳定的仪器检校平台，包括测站点和观测点设置要稳定可靠；2、方位角基线检校场网型优化设计；3、方位角基线检校场的测定；4、陀螺仪仪器常数周期性测定。

方位角基线检校场建立要求如下：

1、测站点和观测点要求。测站点要求稳定，最好为强制对中装置；观测点目标要稳定、清晰，距测站点在300-500米左右。

2、方位角基线检校场网型设计。方位角基线检校场网型须可靠，确保精度。

3、方位角检校场的精度。陀螺全站仪一次定向标准偏差优于±8秒，要求方位角检验场的测量精度为±3秒。

我院陀螺仪基线场的建立综合考虑上述要求，进行了场地选取、陀螺仪基线场网图优化设计以及方位角检校场的测定。

3、陀螺全站仪基线场建立

3.1 陀螺仪基线场网图设计与优化

在综合考虑测站点和观测点要求、方位角检校场的精度和便于陀螺仪仪器常数测定的前提下，经过实地点位踏勘，我院选取了室内点作为测站点，室外300-500米距离的稳定目标点作为观测点，选点示意图如图1：

图1：观测点位图                           图2：网型设计图

经过基线场网图的反复优化设计，在我院楼顶西面设置过渡点GX12，利用院楼顶1个四等GPS点（规划院北）和旧楼9楼顶的观测墩点（强制观测墩GX9，为四等GPS点精度）作为已知点进行测量，并且测量了2个CORS点作为已知点，确定了观测网图如图2：

在图2中，确定了7个测站的方向测量值和15个距离测量值：

7个测站的方向测量值：

规划院北—G2、G3、G1、M1、GX12

M1---规划院北、Y2、Y1、GX12、G1、G3、G2、GX9

M2---规划院北、Y2、Y1、GX12、G5、G4

GX9--- G2、G3、G1、M1

Y1--- G2、G3、M2、G4、G5、G1、M1

Y2--- G2、G3、M2、G4、G5、G1、M1

GX12—M1、G2、G3、M2、G4、G5、规划院北、G1

15个距离测量值：

M1--- Y2、Y1、Ｇ1、G3、G2

M2--- Y2、Y1、G5、G4、GX12

G1--G2、G1--G3、G2--G3、规划院北—GX12 

3.2 方位角检校场外业测量及数据处理

1）M1、M2点CORS测量

利用天宝R8仪器和我院已有的CORS测量系统，在该两点上进行精密RTK测量，确定M1和M2点坐标。

2）强制观测墩点（GX9）测量

采用GPS静态测量，在GX9点上用GPS静态测量4小时，与3个GZCORS基准站点构网解算GX9点的坐标。该点三维约束平差后，3个GZCORS基准站和楼顶GX9点所构成的网最弱边相对精度为3.18ppm，其边长为7129.1358m（WUSH-GX9）；GX9平面位置精度为±2.60cm，大地高精度为±4.74cm，成果满足四等网要求。

3）边角测量

方位基线测量网采用了我院最新购置的TM30精密测量仪器进行了边角测量，角度测量2测回，边长进行了2测回。

边长G1--G2、G1--G3、G2--G3采用殷钢尺进行丈量。

3.3方位基线测量网的平差计算

对于基线方位测量网，以M1、M2、规划院33楼顶的RTK检测点（规划院北GB）、楼顶的强制观测墩点（GX9）作为起算点进行平差计算，采用我院ADJNET等级导线软件进行平差计算，平差验后方向值方差  MD0= ±1.66秒，最弱点（Y1、Y2）中误差为: MX=±0.34cm、MY=±0.31cm、M=±0.46cm。满足了方位角检验场±3秒测量精度的要求。

3.4基线方位夹角检测

采用了TM30、TCA2003、T2、 TOPCON-3102、苏光J2和苏光2秒全站仪六种仪器对基线方位夹角进行了检测，每种仪器都观测3测回，夹角比较结果见表1：

表1：基线夹角检测比较表

通过上表数据比较可以得知，6种仪器（TM30、TCA2003、T2、 TOPCON-3102、苏光J2和苏光2秒全站仪）测量的方向值与成果方向值较差值最大为+5.2秒（J2仪器），满足3秒精度的方位角的夹角检测要求（限差为2*1.414*3=8.5），其中TM30、TCA2003、T2、苏光2秒全站仪仪器测量的夹角符合较好，较差在±3.0秒以内。

4、陀螺仪基线场应用

4.1陀螺全站仪仪器常数测量原理

用陀螺仪测量的陀螺方位角为该点的真北方位，转换为坐标方位角要加仪器常数和子午线收敛角。

式中：为坐标方位角，为定向边陀螺方位角（真北方位），为仪器常数，为子午线收敛角。

子午线收敛角为真北方位与坐标X轴的夹角=-，点位在X轴右侧子午线收敛角为正值，点位在X轴左侧子午线收敛角为负值。对上述公式进行变换，仪器常数计算公式如下：

 在I点上测出I-J边陀螺方位角，根据I、J坐标计算I-J边坐标方位角和I点的子午线收敛角，按上公式即可计算出仪器常数。

4.2测量结果

为检验已建方位基线场的精度和可靠性，项目组对国内NTS-341T陀螺全站仪进行常数测定，共检测了5条基准方位角：Y1-G1、Y1-G2、Y1-G3、Y1-G4、Y1-G5。上午和下午各观测一组数据（4测回），比较测定的仪器常数的符合性。

上午仪器常数的测定，最大最小值差4.4秒，常数平均值-60.1秒；下午仪器常数的测定，最大最小值差7.2秒，常数平均值-62.0秒。上下午测定的仪器常数互差为1.9秒，说明陀螺仪测量稳定，基线方位精度高。

该陀螺仪仪器常数为上、下午测量的平均值-61.0秒，仪器常数测定精度为±2.5秒。

5、结论与建议

本文完成了室内方位角基线场建立和陀螺仪的仪器常数测量，其中室内方位角基线场有2个测点（Y1和Y2），10个基线方位，方位精度为±3秒，满足设计要求，通过对陀螺全站仪进行仪器常数测定，仪器常数为-61.0秒，仪器常数测定精度为±2.5秒。

陀螺仪基线场建立和仪器常数测定是亟待解决的一个问题。本文结合我院陀螺全站仪特点，建立了陀螺仪基线场，可定期进行陀螺仪仪器常数的测定，保证陀螺仪测量精度。该方法可为国内其他拥有陀螺全站仪的生产单位提供参考，填补了国内该领域的生产单位的技术空白。

参考文献

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