文档介绍：AFS自动陀螺定位定向系统在地铁中的应用
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摘要:根据笔者的实践经验,本文介绍了AFS自动陀螺系统的组成、功能和作业步骤。实践证明,将其应用在地铁工程测量中,能够达到提高隧道贯通精度、大大提高作业效率及降低劳动强度等目的。
关键词:AFS;自动陀螺仪;应用
0 前言
由于陀螺仪定向的人工观测过程费时费力,很容易造成返工且精度受到限制,所以便出现了自动陀螺经纬仪,这是能够自动确定过测站的子午线方向(陀螺北方向)和测线的陀螺方位角的仪器。目前,随着城市建设的加快,城市地铁建设中的联系测量受到外界环境的影响越来越大,特别在城市繁华区修建地铁,竖井洞口往往只有6~10m,在洞内引测方位角的条件受到极大限制,洞内定向的精度很难保证。而将自动陀螺仪系统使用到地铁工程中,就极大地提高了地铁隧道联系测量的精度,确保了地铁隧道的准确贯通。特别是在长大地铁隧道中,使用陀螺仪进行联系测量将地面坐标和方位传递到隧道洞内,保证长大隧道的准确贯通,其优势极为明显。
1 系统的构成
AFS(AllFunctionStation)是在自动陀螺经纬仪基础上发展起来的一种新型仪器系统。AFS系统的构成框图如图1所示:
自动陀螺仪
自动陀螺仪是基于照准部不动的对称测时法找北。采用测时法找北取代了人工观察指标线重合时按表计时的方法,大大提高了测试时的精确度,使一测回找北的内部符合标准偏差约为1s。AFS还用测前与测后的自动零位观测取代了人工估读零位,使零位测量的标准偏差约为1s,由于自动测时和自动零位观测精度很高,加上其它提高精度与稳定性的措施,保证了AFS系统一次定向标准偏差优于15s。
电源与控制器
电源和控制器向自动陀螺马达提供高稳定性的稳频稳压电源,并控制自动陀螺的工作。
掌上电脑PDA
操作员可以按照屏幕上程序的指引,顺序地完成自动定向和定位工作。掌上电脑还承担精确的时间测量、计算、误差分析、处理、数据记录、存储等工作。
电子全站仪
电子全站仪牢固地支撑自动陀螺,保证两竖轴重合,使陀螺仪能够稳定工作。在全站仪上不仅要体现陀螺定向的初步成果,它的测距、测角功能还是快速定位定向必不可少的部分。
2 工作原理
工作原理
陀螺全站仪高精度的测量是通过无机械位移的陀螺达到的。用于测定北方向的陀螺,由通过其重心的悬挂丝挂着,在重力作用下,陀螺旋转轴处于水平状态。在陀螺高速旋转时,由于惯性总是试图维持其原有空间位置。一旦陀螺旋转轴偏离北方向,地球自转会使陀螺旋转轴的水平状态发生改变,重心降低并产生一重力矩,陀螺将通过绕其竖轴的一系列转动做出反应,通过主辅控制功能,陀螺仪将向北绕转。测量完成后可确定出北方向。全站仪零方向与北方向的偏差将通过高精度测定后显示在显示屏上。
陀螺定向的角度关系
陀螺定向的角度关系如图2所示。
其中:
A———真方位角(陀螺方位角);
a———坐标方位角;
v———子午线收敛角;
Z———目标点读数平均值;
N———全站仪零方向真方位角;
L———零位改正;
C———仪器常数。
各角度之间的关系为:A=N+2,N=L+