黃鴻偉

(廣州南方測繪儀器有限公司，廣東 廣州510665)

一、引 言

目前各地大量建設地鐵軌道交通工程，地下定向測量十分重要，《城市軌道交通工程測量規(guī)范》(GB 50308—2008)中規(guī)定聯(lián)系測量可采用陀螺經(jīng)緯儀、鉛垂儀(鋼絲)組合定向測量;地下控制測量部分要求貫通面一側隧道長度大于1500 m時，適當位置加測陀螺邊以提高控制導線精度。目前陀螺全站儀標稱精度大多在8″～20″，而常用全站儀標稱精度1″或2″，地鐵控制測量導線采用2．5″精密導線，以往陀螺定向測量應用較多的礦山測量中一般采用7″導線。很多測量人員困惑于如何能用低精度陀螺全站儀來復測檢核地鐵施工中采用的高精度全站儀測量的精密導線呢?對陀螺全站儀標稱精度理解，測量方法和精度評定掌握，解決這個問題對于正確使用陀螺定向保證導線復測有重要的實踐意義。

二、陀螺全站儀精度指標

很多陀螺經(jīng)緯儀(全站儀)精度相關文獻一般只提到某款陀螺經(jīng)緯儀(全站儀)精度指標達到多少，或某工程應用中實測精度達到多少，缺乏對精度指標的說明，造成了現(xiàn)在大量精度要求較高項目(如地鐵導線復測)測量技術人員對陀螺精度困惑。本文提出兩個概念:精確度和精密度。準確度(accuracy)是指被測量所得值與真值間的一致程度。精密度(precision)是指被測對象重復測量所得示值。陀螺全站儀的精度指標采用的是準確度。下面通過NTS-342T(54783)陀螺全站儀(標稱精度:一次定向中誤差m=±10″)，在廣州市計量檢測技術研究院校準過程來說明這兩個概念。

2015年1月28日，在廣州市計量檢測技術研究院陀螺儀校準裝置上校準南方NTS-342T(54783)陀螺全站儀，校準裝置天文基準方位角為A0=161°35'27．9″±0．5″。

陀螺全站儀實測數(shù)據(jù)見表1。

表1 陀螺全站儀實測數(shù)據(jù)

由表1數(shù)據(jù)可知，NTS-342T(54782)陀螺全站儀尋北實測數(shù)據(jù)與天文邊基準方位差值均在陀螺儀標稱精度(準確度)內。這里也證明了陀螺全站儀定向不需要其他已知數(shù)據(jù)，可直接定向測得定向邊的真北方位值。在導航設備校準、衛(wèi)星天線安裝方位測量等應用是采用精度指標就是準確度。

尋北標準差公式為

式中，mt為方位角尋北標準差;Ai為第i測方位角尋北測量值;A0為天文基準方位值。

尋北重復性(精密度)公式為

式中，S為方位角尋北標準差;Ai為第i測方位角尋北測量值為n次方位角尋北測量值平均值。

由于工程施工中采用的是地方獨立坐標系，坐標方位角和真北方位角不一致，《城市軌道交通工程測量規(guī)范》規(guī)定地下定向陀螺邊方位角測量應采用“地面已知邊-地下定向邊-地面已知邊”的測量程序。陀螺定向測量中通過地面已知坐標方位角計算出陀螺定向北和坐標方位北差值Δa，地下定向中陀螺全站儀定向測量中加上Δa即可將陀螺全站儀定向方位轉換為施工坐標下的坐標方位角。因此，大量礦山和地鐵隧道中陀螺定向測量采用的精度指標是尋北重復性(精密度)。

三、陀螺全站儀定向在工程中的應用

下面某地鐵施工中采用NTS-342T陀螺全站儀定向測量實例說明工程中精度指標采用的問題。

陀螺定向技術要求如下:

1)全站儀精度應選擇不低于Ⅱ級的精度，陀螺經(jīng)緯儀標稱精度應小于20″。

2)地下定向邊陀螺方位角測量應采用“地面已知邊-地下定向邊-地面已知邊”的測量程序。陀螺定向時儀器常數(shù)在地面已知邊進行測量，測前、測后儀器常數(shù)獨立觀測各三測回，測前、測后三測回的陀螺經(jīng)緯儀常數(shù)平均值較差＜15″。

3)兩條定向邊陀螺方位角之差的角度值與全站儀實測角度值較差應小于10″。

4)地下定向邊的方位角測量每次應測三個測回，測回間陀螺方位角較差應小于20″。

工程已知數(shù)據(jù)見表2。

表2 工程已知數(shù)據(jù)

上午地面見表3。

表3 美居中心—新康花園方位角觀測值

中午地下見表4。

表4 DX01-DX04方位角觀測值

下午地面見表5。

表5 美居中心—新康花園方位角觀測值

地面測站美居中心與地下測站DX01距離628 m，距離較短忽略子午線收斂角改正。儀器常數(shù)計算見表6。

表6 儀器常數(shù)

地面美居中心—新康花園上下午各3測回儀器常數(shù)平均值較差小于15″，滿足規(guī)范要求。地下DX01-DX04坐標方位角=陀螺定向方位角6測回觀測值均值(178°09'57．7″)+儀器常數(shù)(1°45'14．6″)=179°55'12．3″，一次測定中誤差m=±3．2″。

從以上工程實例可以知道，外業(yè)現(xiàn)場定向重復變重復性精度可達3．2″，完全滿足地鐵隧道中聯(lián)系測量和精密導線校核要求精度。

四、結束語

陀螺全站儀儀器標稱精度采用準確度，準確度一般在8″～20″，檢驗儀器準確度需要在已知真北方位(如天文邊)上進行;陀螺全站儀穩(wěn)定性較好，定向方位往往固定在真北方位的一側，從而形成陀螺定向準確度不是很高、但重復性精度高的現(xiàn)象。在實際工程中多采用地方坐標系，坐標北方位和真北方位存在系統(tǒng)差，陀螺全站儀定向測量中采用“地上已知邊-地下定向邊-地上已知邊”的測量程序，既可以檢查陀螺全站儀穩(wěn)定性，又可保證重復性精度，可實現(xiàn)高精度聯(lián)系測量和精密導線方位校核。

［1］ 中華人民共和國建設部．GB 50308—2008城市軌道交通工程測量規(guī)范［S］．北京:中國計劃出版社，2008．

［2］ 國家測繪地理信息局．JJG(測繪)5201—2013陀螺經(jīng)緯儀檢定規(guī)程［S］．北京:中國質檢出版社，2013．

［3］ 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局．JJF 1350—2012陀螺經(jīng)緯儀校準規(guī)范［S］．北京:中國質檢出版社，2012．

［4］ 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局．JJF 1001—2011通用計量術語及定義［S］．北京:中國質檢出版社，2012．

［5］ 王洪蘭．陀螺理論及在工程測量中的應用［M］．國防工業(yè)出版社，1995．