定向测量-经纬仪同步对向观测技术

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1、测绘信息网www.othermap.com摘要：为了解决工业设备高精定向测量问题，诸如：实验室内北向基准建立和子午线标定、惯导测试设备引北，以及转台轴向定向、精度测试、零位置偏差、和射频天线定向、发射场定向等问题，笔者提出了经纬仪（或全站仪）同步对向观测方法，并被我国大地天文测量规范中所采用。此方法多次在设备精密定向测量项目中得到成功运用。实测结果表明，此方法是实现高精定向非常有效实用的方法；基本消除了对中误差、调焦误差、十字丝偏差对定向误差的影响。笔者提出的高精度定向方法，亦可应用于高精度隧道和矿井贯通测

2、量。关键词：同步对向观测法定向测量北向基准测定子午线标定设备引北工业测量1引言所谓定向测量，就是测定目标方向的方位角，包括方位的传递。方位有相对的，也有要求相对于真北的绝对方位。对于设备定向，诸如：惯性导航试验设备、隧道挖掘盾构设备、钻探设备等，简单的说就是测定和放样设备目标面的法线方向的方位角。常规测量技术常常用于测量目标点的地理坐标，对于方向则通过两个点的坐标来计算。而测量工业设备的方向，则因为场地和设备参考面的限制，缺乏有效的高精度的测量方法。为了检测设备，一般需要在室内建立一个方位基准，基准精度常常

3、要求高达角秒级。工业设备，诸如：惯导设备测试转台，常常位于室内，把方位传递到室内，如果测量仪器对中误差哪怕只有0.1mm，则5m的室内距离内引起方向误差高达4″。即便采用强制对中措施，这样需要埋设仪器观测台，既费工，也存在对中误差，而且传统观测办法在试验室内短距离内还存在相当大的调焦误差。我国军用天文测量规范[1]附加了子午线标定的一种定向方法，并规定了把经纬仪作为准直平行光管目标观测的方法，这是一种双台经纬仪非实时同步的对向观测方法，尚存在一定缺陷：1)在几个测回观测过程中，用一个盘位的经纬仪作准直光管目

4、标，目标的气象误差和十字丝偏差影响很大；2)观测了多个测回后仍需要按平均读盘位置再照准，失去了多测回观测意义；3)由于方位传递角度是独立观测的，另外存在粗差时，不容易被发现，故此不能有效评定和检验方位传递最终目标的方向精度。笔者在制定大地天文测量规范[2]国家标准时，对高精度定向技术进行了研究，通过主持完成的子午线标定项目[3]，把所研究的双台经纬仪高精度同步对向观测技术应用于室内子午线标定，并纳入了大地天文测量规范国家标准。国防工业设备定向方面，诸如：惯性导航设备需要建立室内北向基准，惯导试验转台的零方向

5、或轴向需要指向一定的方向；射频仿真试验室的天线（高达几百和上千个）需要分布在球形阵面上，并要求指向球心，有些需要真北方位，球心转台零方向需要对准球形阵面零位置；惯导试验产品需要确定真北方向；惯导试验转台需要检测转动的精度；导弹和航天器发射需要精密定位和定向。随着我国国防及载人航天航空事业的发展，迫切需要高精度的定向测量技术支持。随着隧道挖掘机的出现，隧道开挖段有时超过规范距离，近年来，在我国出现了超过20km单向贯通的特长水利隧道开挖段，超出了标准的要求，这对于隧道控制网建立、贯通测量精度提出了很高要求；矿

6、井隧道通常很长，传统的贯通测量常常需要加测陀螺方位，以控制方向误差；而采用陀螺定向的联系测量速度慢、设备昂贵、可靠性常常无法检验。应用经纬仪同步对向观测技术，可以提高方向精度，从而可有条件地取消陀螺方向控制。2同步对向观测方法2.1基本原理和方法利于平行光管原理，把经纬仪（或全站仪，下同）对无穷远调焦，以照亮的经纬仪十字丝作为观测目标，两台经纬仪分别在盘左右位置实时同步进行互相照准观测读数。此法优点是：当观测一个夹角时可控制两个方向目标成像在无穷远，无需调焦，因此不含调焦误差；由于分别度盘左右观测，所以可以

7、基本消除十字丝偏差影响。.此方法过程中应注意一下几点：a)起始和最终目标最好采用平面镜，采用野外观测标志时，尽量使调焦在无穷远处；b)测绘信息网www.othermap.com事先通过调焦观察，尽量使两台仪器对准望远镜中心区域，以避免两台仪器对准望远镜边缘时，使得两台仪器相互对无穷远照准产生的平行视准线发生畸变；a)一个角度半测回观测过程中，不得调焦，以便消除调焦误差；b)一方对准好对方十字丝时，意味着另一方也已对准好，因此一方可提前设置度盘和望远镜等待另一方照准观测并读数，以便加快观测速度；c)最好采用准

8、直经纬仪，采用非准直经纬仪时，要采用施加光源措施；d)要选用对向照准时望远镜无穷远成像质量好的仪器，注意个别类型仪器对向观测十字丝成像不在无穷远附近。2.2高精度方向传递联测方法如图1所示：把方向XA的方位角高精度传递到YB，或更远，可采用同步对向观测法进行高精度方位角联测，其观测过程如下：a)两台经纬仪在盘左位置分别观测各自平面镜；b)两台经纬仪在盘左位置对向观测；c)两台经纬仪在盘右位置分别观测各自平面镜；d