陀螺经纬仪的历史发展与应用

陀螺经纬仪（Gyrotheodolite）是带有陀螺仪装置、用于测定直线真方位角的经纬仪，其关键装置之一是陀螺仪，简称陀螺，又称回转仪。陀螺仪主要由一个高速旋转的转子支承在一个或两个框架上而构成，具有一个框架的称二自由度陀螺仪，具有内外两个框架的称三自由度陀螺仪。在经纬仪上安置悬挂式陀螺仪，是利用其指北性确定真子午线北方向，再用经纬仪测定出真子午线北方向至待定方向所夹的水平角，即真方位角。指北性，是指悬挂式陀螺仪在受重力作用和地球自转角速度的影响下，陀螺轴将产生进动，逐渐向真子面靠拢，最终达到以真子面为对称中心做角简谐运动。确定真子午线北方向的常用方法有中天法和逆转点法。陀螺经纬仪主要应用于隧道施工测量以及盾构掘进中的水平及真北方向测量，可大大弥补导线过长所造成的精度损失。

陀螺经纬仪的陀螺装置由陀螺部分和电源部分组成，陀螺本体在装置内用丝线吊起使旋转轴处于水平。当陀螺旋转时，由于地球的自转，旋转轴在水平面内以真北为中心产生缓慢的岁差运动，旋转轴的方向由装置外的目镜可以进行观测，陀螺指针的振动中心方向指向真北。利用陀螺经纬仪的真北测定方法有“追尾测定”和“时间测定”等，应用陀螺经纬仪进行定向的操作过程可概括为以下几个步骤：

（1）在已知方位的边上测定仪器常数。

（2）在待定边上测定陀螺方位角。

① 观测测前测线方向值。

② 观测测前零位。

③ 粗略定向，即使望远镜视准轴位于近似北方向上。(www.xing528.com)

④ 精密定向，即测定陀螺摆动的平衡位置（即陀螺北方向）。

⑤ 观测测后零位。

⑥ 观测测后测线方向值。

（3）在已知边上重新测定仪器常数。

（4）计算测线的坐标方位角。

陀螺特性的发现与应用始于我国西汉末年，近代由于航海与采矿业发展，将陀螺技术用于测北定向。法国人L.Foucault于1852年创造了第一台实验陀螺罗经；德国人H.Anschütz制成第一台实用陀螺罗经样机；德国人M.Schuler于1908年首次制成单转子液浮陀螺罗经，用于军事和航海；1949年，德国Clausthal矿业学院的O.Rellensmann研制出MW1型子午线指示仪，并于1958年研制出金属带悬挂陀螺灵敏部的KT-1陀螺经纬仪。近代世界各国先后开展了陀螺经纬仪的研制工作，相继生产出多种型号的产品。根据仪器结构和发展阶段，可将陀螺经纬仪划分为液体漂浮式、下架悬挂式和上架悬挂式三种类型。