陀螺經緯儀

陀螺經緯儀陀螺經緯儀（gyrotheodolite）是帶有陀螺儀裝置、用於測定直線真方位角的經緯儀。其關鍵裝置之一是陀螺儀，簡稱陀螺，又稱迴轉儀。主要由一個高速旋轉的轉子支承在一個或兩個框架上而構成。具有一個框架的稱二自由度陀螺儀；具有內外兩個框架的稱三自由度陀螺儀。經緯儀上安置懸掛式陀螺儀，是利用其具指北性確定真子午線北方向，再用經緯儀測定出真子午線北方向至待定方向所夾的水平角，即真方位角。指北性，是指懸掛式者在受重力作用和地球自轉角速度影響下，陀螺軸將產生進動、逐漸向真子面靠攏，最終達到以真子面為對稱中心，作角簡諧運動的特性。確定真子午線北方向的常用方法，有中天法和逆轉點法。

高速旋轉的物體的旋轉軸，對於改變其方向的外力作用有趨向於鉛直方向的傾向。而且，旋轉物體在橫向傾斜時，重力會向增加傾斜的方向作用，而軸則向垂直方向運動，就產生了搖頭的運動（歲差運動）。當陀螺經緯儀的陀螺旋轉軸以水平軸旋轉時，由於地球的旋轉而受到鉛直方向旋轉力，陀螺的旋轉體向水平面內的子午線方向產生歲差運動。當軸平行於子午線而靜止時可加以應用。

吊線，照明燈，陀螺轉子、指針、供電用饋線、反射鏡、陀螺馬達、刻度線、目鏡）。陀螺經緯儀的陀螺裝置由陀螺部分和電源部分組成。此陀螺裝置與全站儀結合而成。陀螺本體在裝置內用絲線吊起使旋轉軸處於水平。當陀螺旋轉時，由於地球的自轉，旋轉軸在水平面內以真北為中心產生緩慢的歲差運動。旋轉軸的方向由裝置外的目鏡可以進行觀測，陀螺指針的振動中心方向指向真北。利用陀螺經緯儀的真北測定方法有“追尾測定”和“時間測定”等。

追尾測定[反轉法]

利用全站儀的水平微動螺絲對陀螺經緯儀顯示歲差運動的刻度盤進行追尾。在震動方向反轉的點上（此時運動停止）讀取水平角。如此繼續測定之，求得其平均震動的中心角。用此方法進行20分鐘的觀測可以求得+/-0。5分的真北方向。

時間測定[通過法]

用追尾測定觀測真北方向後，陀螺經緯儀指向了真北方向，其指針由於歲差運動而左右擺動。用全站儀的水平微動螺絲對指針的擺動進行追尾，當指針通過0點時反覆記錄水平角，可以提高時間測定的精度，並以+/-20秒的精度求得真北方向。

在隧道等挖掘工程中，坑內的中心線測量一般採用難以保證精度的長距離導線。特別是進行盾構挖掘（shield tunnel）的情況，從立坑的短基準中心線出發必須有很高的測角精度和移站精度，測量中還要經常進行地面和地下的對應檢查，以確保測量的精度。特別是在密集的城市地區，不可能進行過多的檢測作業而遇到困難。如果使用陀螺經緯儀可以得到絕對高精度的方位基準，而且可減少耗費很高的檢測作業（檢查點最少），是一種效率很高的中心線測量方法。

當有通視障礙，不能從已知點取得方向角時，可以採用天文測量或陀螺經緯儀測量的方法獲取方向角（根據建設省測量規範）。與天文測量比較，陀螺經緯儀測量的方法有很多優越性：對天氣的依賴少、雲的多少無關、無須複雜的天文計算、在現場可以得到任意測線的方向角而容易計算閉合差。

在城市或近郊地區對高層建築有日照或日影條件的高度限制。在建築申請時，要附加日影圖。此日影圖是指，在冬至的真太陽時的8點到16點為基準，進行為了計算、圖面繪製所需要的高精度真北方向測定。使用陀螺經緯儀測量可以獲得不受天氣、時間影響的真北測量。

陀螺經緯儀精密定向方法目前常採用下列三種

（一）跟蹤逆轉點法（二）中天法（三）陀螺靜止位置法

這裡介紹目前我們國內普遍採用的跟蹤逆轉點法。陀螺經緯儀用跟蹤逆轉點法在一個測點上進行定向時，其操作程序大致為：

（一）嚴格整置經緯儀，架上陀螺儀，以一個測回測定測線方向值，然後將儀器大致對向北方；

（二）下放靈敏部，進行測前零位觀測；

（三）進行粗略定向，它可由附件粗定向羅盤來完成，也可採用兩點逆轉點法，四分之一周期法和擺幅法來完成。

（四）經緯儀旋轉到粗定向方向位置，啟動陀螺，待達到額定轉速后緩慢的下放陀螺靈敏部，並進行限幅，用微動螺旋跟蹤。跟蹤要做到平穩和連續。切忌跟蹤不及時，時而落後於靈敏部的擺動，時而很快趕上或超過很多。因這些情況都影響到結果精度。在擺動達到逆轉點時，連續讀取5個逆轉點讀數U1U2U3U4U5

（五）鎖緊陀螺並制動，進行測后零位觀測；

（六）以一個測回測定測線方向值，前後兩測回的互差符合限差時，取其平均值作為測線方向值。定向邊坐標方向角的計算步驟如下：陀螺方位角=測線方向值-陀螺北方向值地理方位角=陀螺方位角+儀器常數坐標方位角=地理方位角-子午線收斂角儀器常數可在已知方位角的導線上或三角點測定，按下式計算出儀器常數測量地理方位角時可用到，一般在用於煤礦金屬礦進行陀螺方位角及控制導線測量時用不到儀器常數