定向测量-经纬仪同步对向观测技术
陀螺经纬仪定向在矿井联系测量中的应用
陀螺仪轴与望远镜光轴及观测目镜分划板零线代表的光轴通常 不在同一竖直面中， 该假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午 线重合。 二者的夹角称为仪器常数， 一般用Δ表示。 如果陀螺仪子午线 位于地理子午线的东边， Δ为正； 反之， 则为负。 仪器常数Δ可以在已知 方位角的精密导线边直接测出来。 图1中精密导线边CD的地理方位角为 A0。 在C点安置陀螺经纬仪， 测出CD边的陀螺方位角aT， 所以可得仪器 常数： ∆ 行2～3次。 各次之间的互差对于GAK-1， JT15等型号的仪器应小于 40′′ 。 每次测量后， 要停止陀螺运转10 ～15min， 经纬仪度盘应变换180° / （2～3） 。 （2） 在井下定向边上测定陀螺方位角 井下定向边的长度应大于50m， 仪器安置在C′ 点上， 如图1， 可测 出C′ D′ 边的陀螺方位角aT ， 则定向边的地理方位角A为 A = aT ′ +∆ 。 测定定向边陀螺方位角应独立进行两次， 其互差对于GAK-1， JT15等型 号的仪器应小于40″ 。 （3） 仪器上井后重新测定仪器常数 仪器上井后， 应在已知边上重新测定仪器常数2～3次。 前后两次 测定的仪器常数， 其中任意两个仪器常数的互差对GAK-1、 JT15型仪器 应小于40″ 。 然后求出仪器常数的最或是值， 并按白塞尔公式来评定一 次测定中误差。 （4） 求算子午线收敛角 一般地面精密导线边或三角网边已知的是坐标方位角α0， 需要求算 的井下定向边， 也是要求出其坐标方位角 α， 而不是地理方位角A。 因此还需 要求算子午线收敛角 γ 。 地理方位角和坐标方位角的关系为： A0
中： ——仪器常数的平均值。a
= A0 − aT = a0 + g 0 − aT ′ + ∆平 − g = A − g = aT
6精密定向、定位测量
f f
2
4
O O
2 3
4
3
f O f
1
O
1
铅垂基准线
垂准测量作用
3．变形监测基准点的稳 定性检查： 定性检查：在测定建筑物位 移时，为了满足变形观测的 高精度要求，作为位移监测 的工作基点均不能离建筑物 太远，因而工作基点本身可 能发生变动。为了检查工作 基点的位移，可以采用将基 准点深埋的方法，然后利用 垂线定期检查。
8
垂准测量作用
T
1．平面位置传递：在高 平面位置传递 层建筑、隧道、地铁、矿山 等建（构）筑物的施工过程 中，需要把控制网点高精度 地投影到各高程位置的层面 上，受施工环境的影响，常 需要在狭小的操作空间内进 行平面位置的传递，即进行 定向测量或联系测量。垂准 测量提供进行定向测量或联 系测量的轴线（基准线）。
自由陀螺仪具有以下两个基本特性： 自由陀螺仪具有以下两个基本特性：
1、定轴性 陀螺轴在不受外力作用时， 陀螺轴在不受外力作用时 ， 它的方向始终指向 初始恒定方向 2、 进动性 陀螺轴在受到外力作用时， 陀螺轴在受到外力作用时 ， 将产生非常重要的 效应—— 进动” ——“ 效应——“进动”。
左端为一可转动的陀螺， 左端为一可转动的陀螺，右端 为一可移动的悬重
陀螺仪定向的作业过程
1、地面已知边上测定仪器常数
假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合， 假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合， 二者之间的夹角称为仪器常数，一般用△ 二者之间的夹角称为仪器常数 ， 一般用 △ 表示 。 陀螺仪 子午线位于地理子午线的东边△为正；反之为负。 子午线位于地理子午线的东边△为正；反之为负。 △=A0-αT
定位方法： 定位方法： 直角坐标法、 极坐标法、 角度交会法、 直角坐标法 、 极坐标法 、 角度交会法 、 距离 交会法、 距离角度混合交会法、 交会法 、 距离角度混合交会法 、 全站仪坐标 GPS定位 激光跟踪仪定位、 定位、 法、GPS定位、激光跟踪仪定位、激光扫描仪 定位及工业测量系统定位等。 定位及工业测量系统定位等。
经纬仪测量使用方法
经纬仪是测量工作中的主要测角仪器。
由望远镜、水平度盘、竖直度盘、水准器、基座等组成。
测量时，将经纬仪安置在三脚架上，用垂球或光学对点器将仪器中心对准地面测站点上，用水准器将仪器定平，用望远镜瞄准测量目标，用水平度盘和竖直度盘测定水平角和竖直角。
按精度分为精密经纬仪和普通经纬仪；按读数设备可分为光学经纬仪和游标经纬仪；按轴系构造分为复测经纬仪和方向经纬仪。
此外，有可自动按编码穿孔记录度盘读数的编码度盘经纬仪；可连续自动瞄准空中目标的自动跟踪经纬仪；利用陀螺定向原理迅速独立测定地面点方位的陀螺经纬仪和激光经纬仪；具有经纬仪、子午仪和天顶仪三种作用的供天文观测的全能经纬仪；将摄影机与经纬仪结合一起供地面摄影测量用的摄影经纬仪等。
DJ6经纬仪是一种广泛使用在地形测量、工程及矿山测量中的光学经纬仪。
主要由水平度盘、照准部和基座三大部分组成。
1、基座部分用于支撑基照准部，上有三个脚螺旋，其作用是整平仪器2、照准部照准部是经纬仪的主要部件，照准部部分的部件有水准管、光学对点器、支架、横轴、竖直度盘、望远镜、度盘读数系统等。
3、度盘部分DJ6光学经纬仪度盘有水平度盘和垂直度盘，均由光学玻璃制成。
水平度盘沿着全圆从0°～360°顺时针刻画，最小格值一般为1°或30′。
步骤/方法经纬仪的安置方法1）三脚架调成等长并适合操作者身高，将仪器固定在三脚架上，使仪器基座面与三脚架上顶面平行。
2）将仪器舞摆放在测站上，目估大致对中后，踩稳一条架脚，调好光学对中器目镜（看清十字丝）与物镜（看清测站点），用双手各提一条架脚前后、左右摆动，眼观对中器使十字丝交点与测站点重合，放稳并踩实架脚。
3）伸缩三脚架腿长整平圆水准器。
4）将水准管平行两定平螺旋，整平水准管。
5）平转照准部90度，用第三个螺旋整平水准管。
6）检查光学对中，若有少量偏差，可打开连接螺旋平移基座，使其精确对中，旋紧连接螺旋，再检查水准气泡居中。
(整理)第七章 定向测量1
第七章定向测量第一节直线定向在数学上，两点确定一条直线，而在测量学中，还要研究直线定向，所谓直线定向，就是确定一条直线与标准方向之间的角度关系。
“北”被视为基准方向或基本方向，在测量学中所说的“北”通常是指三北方向，即：真北、磁北和坐标北。
一、三北方向1.真北方向真子午线是经过地面某点的真子午面与地球表面的交线，真子午线北端所指的方向就是真北方向，或者说真子午线的切线北方向为真北方向。
由于所有的真子午线的北端指的是共同的点（北极），所以，地面各点的真北方向是互不平行的。
真北方向的确定，一般用天文测量方法或陀螺经纬仪测量方法测定。
2.磁北方向罗盘的磁针静止时所指的方向称为磁子午线方向，其中指向北极的方向为磁北方向。
磁北的方向一般用罗盘来确定。
3．坐标北方向我国采用的是高斯平面直角坐标系，用3°带或6°带的中央子午线作为坐标纵轴，因此在该带内的直线定向，可以用该带的坐标纵轴方向作为基准方向，坐标纵线北端所指的方向为坐标北方向。
与真北方向不同的是，地面各点的坐标北方向是互相平行的。
二、三北的关系我国位于北半球，三北虽然都指向北方，可实际上他们之间是有差异的。
1．磁偏角罗盘磁针静止时指向北极的方向是磁北方向，该方向是地球磁场的南极方向，这个方向与北极方向并不一致，就是说，同一点的磁北与真北并不吻合，磁北方向和真北方向之间的夹角称为磁偏角。
用δ表示，磁北在真北以东称为东偏，δ取正值，反之称为西偏，δ取负值（图7-1）。
图7-1 三北关系2．子午线收敛角地球上各点的真子午线互不平行，中央子午线经高斯投影后成为坐标的纵轴，其他的子午线投影后成为曲线。
同一点的坐标北方向和真北方向之间的夹角称为子午线收敛角，用γ表示。
坐标北在真北以东为东偏，γ取正值，反之为西偏，γ取负值。
子午线收敛角如图7-1所示。
3．磁坐偏角同一点的磁北方向偏离坐标北方向的夹角称为磁坐偏角，以坐标纵轴为准，磁北在坐标北以东取正值，反之取负值。
经纬仪的使用方法
经纬仪的使用方法
经纬仪是一种用于测量地球上任意一点的经度和纬度的仪器，它在地图制作、航海、航空等领域有着广泛的应用。
下面将介绍经纬仪的使用方法。
首先，使用经纬仪之前需要进行校准。
将经纬仪放置在水平的平面上，调整仪器的水平度，使其气泡位于中央位置。
然后，使用调节螺丝来调整经纬仪的零点位置，使其指针指向零刻度。
接下来，确定测量点的位置。
在使用经纬仪进行测量之前，需要确定测量点的位置，并在地图上标注出来。
这样可以更准确地进行测量，并且可以避免在测量过程中出现错误。
然后，进行测量。
将经纬仪放置在测量点上，调整仪器使其指针指向地图上对应位置的经度和纬度刻度。
在测量过程中，需要保持仪器的稳定，避免受到外界干扰，以确保测量的准确性。
在测量完成后，需要记录测量结果。
将测量得到的经度和纬度值记录在纸上或者电子设备上，以备后续使用。
同时，也可以将测量结果标注在地图上，以便于后续的参考和应用。
最后，对测量结果进行验证。
在测量完成后，需要对测量结果
进行验证，可以通过与其他测量结果进行比对，或者通过其他方法
进行验证，以确保测量结果的准确性和可靠性。
总的来说，经纬仪是一种用于测量地球上任意一点的经度和纬
度的重要工具，正确的使用方法可以确保测量结果的准确性和可靠性。
在使用经纬仪进行测量时，需要注意校准、确定测量点、稳定
测量、记录结果和验证结果等步骤，以确保测量的准确性和可靠性。
希望以上介绍的使用方法对您有所帮助。
陀螺经纬仪定向在矿井贯通联系测量中的实践
测绘技术M apping technology 陀螺经纬仪定向在矿井贯通联系测量中的实践尹东红（甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 ７３００５０）摘 要：矿井作业是很多行业工作的主要方式，与传统的工作模式相比，这种工作模式的风险性比较大，一旦疏忽了不稳定因素，可能就会造成安全事故，不仅影响工作的推进，也会给企业和行业造成巨大的负面影响，陀螺经纬仪在矿井工作中的应用较为广泛，尤其是在联系测量工作中。
但是结合陀螺经纬仪的实际应用情况来看，在技术和管理层面上还存在很多有待完善的地方。
本文结合陀螺经纬仪在矿井贯通联系测量中的实际应用，进行了相关的研究和分析。
关键词：陀螺经纬仪；定向；实践中图分类号：ＴＤ１７５．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１３－００１５－２Practice of Gyro Theodolite Orientation in Mine Connection SurveyYIN Dong-hong（Ｔｈｉｒｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｏｓｏｕｒｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｍｉｎｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｏｄｅ ｏｆ ｗｏｒｋ ｉｎ ｍａｎｙ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｅ ｏｆ ｗｏｒｋ， ｔｈｉｓ ｍｏｄｅ ｏｆ ｗｏｒｋ ｉｓ ｍｏｒｅ ｒｉｓｋｙ． Ｏｎｃｅ ｔｈｅ ｕｎｓｔａｂｌｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｎｅｇｌｅｃｔｅｄ， ｉｔ ｍａｙ ｃａｕｓｅ ｓａｆｅｔｙ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ． Ｉｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｗｏｒｋ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ａ ｈｕｇｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ． Ｔｈｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｉｎｅ ｗｏｒｋ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｕｒｖｅｙ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｙｒｏ ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ， ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｍａｎｙ ａｒｅａｓ ｔｏ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｙｒｏ ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ ｉｎ ｍｉｎｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， ｒｅｌｅｖａｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Keywords: ｇｙｒｏ ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ； ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ； ｐｒａｃｔｉｃｅ矿井施工不同于其他类型的施工工作，一方面工作内容较为复杂，另一方面也存在巨大的风险性，对于矿井生产行业来说是一个严峻的挑战，尤其是对于行业的管理层来说。
经纬仪法测绘地形测量方法
1、立尺，在地貌和地物特征点立尺。
2、观测，读视距、竖直角、中丝、水平角。
三、计算水平距、高差、高程
D=100·n·cos2α
H=1/2·100·sin2α+i-l
测点高程=测站高程±改正高差
四、上点和勾画地形图
1、上点，根据水平角和水平距按极坐标法把碎部点展绘到图纸上。
2、勾画地形图，一边上点一边参照实地情况进行勾绘。
经纬仪法测绘地形
一、仪器安置1、在控制点来自安置经纬仪，对中、整平，量取仪器高i并记入碎部测量手簿。
碎部测量手簿
测站后视仪器高指标差测站高程
点号
视距M
瞄准高M
竖盘读数L
竖直角α
初算高差h M
改正数i-l
改正高差M
水平角β
水平距D
高程H
点号
备注
2、定向：后视另一控制点，水平度盘置0。
3、检查竖盘指标差X=1/2（α左-α右）通过对竖盘指标水准管调整使X=0。
全站仪对向观测方法
全站仪对向观测方法全站仪是一种高精度的测量仪器，广泛应用于测量工程中。
全站仪采用了全站仪对向观测方法，能够实现高精度的测量结果。
下面将详细介绍全站仪对向观测方法及其原理。
全站仪对向观测方法是指通过观测同一个目标物，分别从不同位置进行测量，然后根据观测数据计算得出测量结果的方法。
全站仪对向观测方法可以消除测量误差，并提高测量精度。
首先，全站仪对向观测方法需要确定观测的目标物。
目标物可以是地面上的测点、建筑物或其他固定物体。
目标物应具备稳定性和可见性，以确保测量的准确性。
其次，进行全站仪对向观测时，需要选择两个或多个观测点。
观测点的选择要遵循几个原则：首先，观测点之间应具有一定的距离，以确保观测数据的独立性；其次，观测点之间应具有可见性，以确保观测仪器能够准确观测到目标物；最后，观测点之间应平稳，以确保测量仪器的稳定性。
在进行全站仪对向观测时，需要分别从不同的观测点进行观测。
观测过程中，全站仪会测量目标物的水平角、垂直角和斜距等参数。
观测完成后，将观测数据输入计算机或数据处理设备中。
在计算观测数据时，需要进行数据处理和精度校验。
首先，通过数据处理软件对观测数据进行校正和滤波，消除测量误差。
然后，通过精度校验方法检查观测数据的准确性和稳定性。
如果观测数据满足精度要求，则可以进一步进行数据分析和计算。
最后，根据观测数据计算结果。
根据不同的测量需求，可以计算出目标物的坐标、高程或其它参数。
计算结果可以通过数据处理软件输出，并可以进行进一步的分析和应用。
全站仪对向观测方法具有以下优点：1. 高精度：全站仪对向观测方法可以减小测量误差，提高测量精度。
通过从多个角度观测同一目标物，可以消除仪器偏差和环境影响等因素，得到更加准确的测量结果。
2. 高效性：全站仪对向观测方法可以减少测量时间和人力成本。
通过一次观测就可以得到多个角度的观测数据，避免了多次观测的重复工作。
3. 多功能性：全站仪对向观测方法适用于各种测量需求。
定向测量-经纬仪同步对向观测技术
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。
经纬仪及水平角测量
经纬仪及水平角测量第一节直线定向一、直线定向直线定向：确定一条直线的方向，即确定直线与标准方向之间的关系；真北方向、磁北方向、坐标北方向二、三北方向线真北：过地面上任意一点，指向北极的方向，叫真北。
其方向线叫真北方向线或真子午线。
地图上东西内图廓就是真子午线。
磁北：过地面上任意一点，磁针所指的北方，叫磁北。
其方向线叫磁北方向线或磁子午线。
地图上P、P′点或磁北、磁南点的连线叫磁子午线。
坐标纵线北：地图上坐标纵线所指的北方，叫坐标纵线北。
三、方位角方位角：由标准方向的北端顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角真方位角：从真子午线北段顺时针方向量至某一直线的水平角，叫真方位角。
磁方位角：从磁子午线北端顺时针方向量至某一直线的水平角，叫磁方位角。
坐标方位角：从坐标纵线北端顺时针方向量至某一直线的水平角，叫坐标方位角。
四、三种偏角由于真北、磁北、坐标纵线北在一般情况下方向是不一致的，所以三者之间互相形成三种偏角。
1.磁偏角：以真子午线为准，磁子午线与真子午线的夹角。
磁子午线东偏为正，西偏为负，磁偏角是实测得来的，由于磁偏角因地而异。
2．坐标纵线偏角（子午线收敛角）以真子午线为准，坐标纵线与真子之间的夹角。
东偏为正，西偏为负。
3．磁坐偏角：以坐标纵线为准，坐标纵线与磁子午线之间的夹角。
磁子午线东偏为正，西偏为负。
偏角与方位角间的换算关系? 坐标方位角=磁方位角+磁坐偏角? 磁方位角=坐标方位角+磁坐偏角? 真方位角=坐标方位角+坐标纵线偏角注意偏角的正负号五、象限角? 象限角：直线与标准方向线所夹的锐角称为象限角。
象限角的取值范围为0～90°? 由反正切函数arctan求出的象限角RAB取值为0～±90°? RAB>0时，则边长方向可能位于Ⅰ、Ⅲ象限? RAB<0时，则边长方向可能位于Ⅱ、Ⅳ象限象限角与坐标方位角的关系1. 利用坐标差值来判断2. 利用直线方位来判断象限名称由方位角α求象限角R 由象限角R求方位角αⅠ北东（NE）R=αα=RⅡ南东（SE）R=180°-αα=180°-RⅢ南西（SW）R=α-180°α=180°+RⅣ北西（NW）R=360°-αα=360°-R六、密位密位是炮兵量测角度采用的单位，将圆周等分6000段，每段弧所对应的角度为1密位，即360°=6000密位。
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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)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； c) 一个角度半测回观测过程中，不得调焦，以便消除调焦误差； d) 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；e) 最好采用准直经纬仪，采用非准直经纬仪时，要采用施加光源措施； f) 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) 室内两台经纬仪在盘右位置对向观测； e) 重复a)~d)步骤连续观测N 个测回。
错误!图1：经纬仪方向传递同步对向观测示意图如图2所示为双台经纬仪同步对向观测时的视线示意图，其中X1Y3方向为X 台仪器对准Y 台仪器十字丝无穷远成像方向，X1Y2方向为Y 台仪器望远镜中心无穷远成像方向，反方向也一样。
图2：经纬仪同步对向观测时的视线示意图设盘左的观测值为L ，盘左的观测值为R 、照准的十字丝偏差为，并忽略其2C 影响，则： 1802180R -R L -L 2180R R La L XA YB X YX B X YX B A Y XY Y XY ±±∆++∆-+±-∆-+-∆++=1802180R -R L -L 2180R R La L XA YX B YX B A XY XY ±±++±-+-+=对于多测站的方位传递测量的方位角计算和导线测量计算机基本类似。
另外对于根据方位基准对实验室的转台和产品的定向也是类似的。
应当指出对于大地和天文方位角传递测量，应顾及子午线收敛角改正，这样必须概略测定导线边长，以便改正。
3 典型应用3.1 室内定向基准测定为了惯导产品和检测设备定向，往往需要在室内建立高精度方位或子午方向基准，常用测量方法是采用北极星任意时角法测定天文方位角，也就是通过观测任意时刻的北极星的水平度盘位置并记录观测时刻，来测定被测方向的天文方位角。
如图3所示，可利用两台经纬仪进行同步对向观测方法，把室外测定的天文方位实时传递到室内基准台上的平面镜面法向方向。
图3 天文定向观测示意图实测中可采用如下程序：a) 室内经纬仪在盘左观测平面镜b) 在盘左位置上室内外经纬仪相互对准观测； c) 在盘左位置上，观测北极星并记录时刻； d) 继续在盘左位置上观测北极星并记录时刻； e) 继续在盘左位置上观测室内经纬仪；f) 换盘右位置上室内外经纬仪相互对准观测； g) 然后在盘右位置上，观测北极星并记录时刻； h) 继续在盘右位置上观测北极星并记录时刻； i) 继续在盘右位置上观测室内经纬仪； j) 室内经纬仪在盘右位置观测平面镜； k) 转入a)，重复N 测回。
3.2 转台零位置测定如图4所示：射频阵列实验室的转台水平度盘零位置方向一般需要对准射频阵面设施中心零位置，因此首先需要测定其差值。
利用分别设置在转台中心和地面的两台经纬仪进行对向观测，测定方位点到地面准值经纬仪的角度，以及地面准值经纬仪到转台中心方向和转台产品安装面的法方向的角度，从而可确定转台零位置的阵面方位。
图4 转台零位置测定示意图具体的测试过程如下：1) 在分别在转台中心和转台旁边的坚实地面上安置经纬仪； 2) 分别在度盘左右位置观测已知方位点和地面经纬仪方向； 3) 在地面经纬仪上分别在盘左右位置观测转台中心经纬仪方向；4) 卸下转台中心的经纬仪，把转台转到面向地面经纬仪方向，并把转台产品安装面法向对准地面经纬仪；5) 在产品安装面3-4个位置上放置镜面，利用准直原理，在地面经纬仪观测镜面法向； 6) 计算转台零位置的方位角。
转台零位置的阵面方位角按下式计算：Z Z F F A L L L L A A --+-+=)()(12δ式中：A δ─转台零位置的方位角； F A ─方位点的阵面方位角； F L ─方位点的度盘位置观测值； 1L ─中心经纬仪方向的度盘观测值；2L ─地面准直经纬仪方向的度盘观测值；Z L ─转台产品安装面法向的度盘位置观测值； Z A ─准直方向的转台水平方位。
4 实测结果多年来，笔者承接了多家单位的北向基准建立、子午线标定、射频天线定向安装测试、转台置换和定向及转动精度检测项目，成功地运用了双台经纬仪高精度同步对向观测相对定向方法，配合天文方位角和GPS 结合的绝对定向方法以及纯GPS 绝对定向方法，顺利地完成了多类型高精度定向项目。
在室内超短距离上克服了对中误差、调焦误差、十字丝偏差，使得建立的室内北向基准精度可高达0.5″（方向经两站传递多测回结果算得的中误差）。
另外通过复测也发现有的单位所建的旧子午线因没有采用有效的方向传递方法致使精度非常低。
这里给出几个有代表性的运用双台经纬仪高精度同步对向观测方法进行定向的实测结果。
4.1 天文定向结果如表1、2所示为天文方位基准的实测结果。
室内天文方位测定结果表14.2 方向联测结果如表3所示为根据天文方位基准的联测结果。
方向联测实测结果表3注：采用仪器WILD T3，室内观测环境，不包含起算误差。
5 结论通过大量的北向基准和子午线标定项目实测结果验证，根据上述论述，可以得出如下结论：1)经纬仪同步对向观测技术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；2)基准方位的观测成果具有多测回、多时间段、多次架设仪器的方位传递观测结果，其测量结果是稳定和可靠的；3)利用经纬仪同步对向观测技术在室内等超短距离上可实现1″以内的高精度方向联测；4)此方法是实现超短距离上高精方向联测非常有效、实用的方法，基本解决了室内北向基准、子午线标定、设备定向等高精度定向问题；5)此方法对于提高控制网方向精度、对于特长隧道贯通测量是非常有意义的。
参考文献[1]西安测绘研究所，GJB 149-86 军用天文测量规范（内部资料）， 1986[2]张耀民等，GB/T 17943-2000 大地天文测量规范，中国标准出版社, 2000[3]张耀民等，应用GPS建立高精度惯导定向基准，《航空兵器》96年No.6[4]马志强等，靶场大地测量，国防工业出版社, 2004[5]建设部科技发展促进中心等，盾构掘进隧道工程施工及验收规范（征求意见稿），2005。