Повышение точности гироскопического ориентирования за счет учета дрейфа гироазимутов

Обозначены существующие проблемы, связанные с состоянием развития приборной базы гироскопического оборудования. Обоснована необходимость проведения гироскопического ориентирования при подземных работах. Проведен анализ существующих разработок гироскопического оборудования и сделан вывод, что вследствие малого спроса на оборудование и его специфичности работ ведется не так много, и на данном этапе промышленно выпускаемыми являются только торсионные гирокомпасы. Исследованы научные работы, посвященные оценке точности измерений торсионными гирокомпасами, благодаря чему обоснована актуальность данной статьи. Показаны возможные пути решения проблемы повышения точности ориентирования и выбран самый оптимальный вариант для нынешних условий, который предполагает новый способ расчетов гироазимута. Описаны необходимые приборы и инструменты для настоящего исследования, а также методы измерений и расчетов гироазимутов. Проведенный анализ позволил сделать вывод, что дрейф является систематической ошибкой, имеющей превалирующее влияние на конечную среднюю квадратичную ошибку пусков. Показано, что учет дрейфа значений гироазимутов в гироприставке Sokkia может повысить точность ориентирования. Найдена зависимость значений гироазимутов от времени работы прибора. Предложен один из вариантов компенсации дрейфа за счет введения поправок в значения гироазимутов согласно этой зависимости.

Гусев В. Н., Пупоревич А. А. Повышение точности гироскопического ориентирования за счет учета дрейфа гироазимутов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 10. – С. 134–145. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_10_0_134.

Гусев Владимир Николаевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: kmd@spmi.ru,
Пупоревич Анна Андреевна¹ — аспирант,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Пупоревич А.А., e-mail: puporevich.anna@gmail.com.

1. Глейзер В. И., Молотов Р. В. Гироскопическое ориентирование и современная геодезия // Геопрофи. — 2012. — № 5. — С. 20—22.

2. Алексенко А. Г. Метрологические исследования маркшейдерского гирокомпаса МВТ-2 // Записки Горного института. — 2012. — № 196. — С. 48—51.

3. Ilyukhin D. A., Ivanik S. A., Vystrchil M. G., Kachan D., Savchenko A. Technologies for obtaining and processing of space radar images for monitoring the state of the Earth's surface // Journal of Physics: Conference Series. 2020, vol. 1661, no. 1, pp. 1—7. DOI: 10.1088/17426596/1661/1/012042.

4. Vystrchil M. G., Sukhov A. K., Novozhenin S. U., Popov A. V., Guba S. A. Quality analysis of digital photogrammetric models obtained in low light conditions // Journal of Physics: Conference Series. 2020, vol. 1661, no. 1, pp. 1—7. DOI: 10.1088/1742-6596/1661/1/012089.

5. Глейзер В. И., Владимирова Т. М. Оценка неопределенности измерений маркшейдерского гирокомпаса // Маркшейдерский вестник. — 2017. — № 6. — С. 24—30.

6. Гусев В. Н., Волохов Е. М., Голованов В. А., Иванов И. П., Васильев М. Ю., Носов В. К., Юшманов П. И. Методы оценки состояния гидротехнических тоннелей по данным лазерно-сканирующей съемки // Записки Горного института. — 2011. — № 190. — С. 267—273.

7. Lewén I. Use of gyrotheodolite in underground control network: Master’s of Science Thesis in Geodesy. Kungliga Tekniska Högskolan, Sweden, 2006. 78 p.

8. Novozhenin S. U., Vystrchil M. G. New method of surface settlement prediction for SaintPetersburg metro escalator tunnels excavated by EPB TBM // Procedia Engineering. 2016, vol. 150, pp. 2266—2271. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.283.

9. Velasco-Gómez J., Prieto J. F., Molina I., Herrero T., Fábrega J., Pérez-Martín E. Use of the gyrotheodolite in underground networks of long high-speed railway tunnels // Survey Review. 2016, vol. 48, no. 350, pp. 329–337. DOI: 10.1179/1752270615Y.0000000043.

10. Vystrchil M. G., Novozhenin S. U., Mukminova D. Z. Mathematical analysis of the subsidence curve approximation accuracy on the example of the function by SP Kolbenkov //International Multidisciplinary Scientific GeoConference: SGEM. 2019, vol. 19, no. 2.2, pp. 207— 213. DOI: 10.5593/sgem2019/2.2/S09.026.

11. Szafarczyk A., Młynarczyk J., Markiewicz Ł., Gawałkiewicz R. Design, measurement and analysis of gyro-azimuths influence on the results of aligning the underground control network // Geoinformatica Polonica. 2017, vol. 16, pp. 77—86. DOI: 10.4467/21995923GP.17.006.7193.

12. Heunecke O., Liebl W. Zur orientierungskontrolle von vortriebsnetzen mit vermessungskreiseln // ZfV-Zeitschrift für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement. 2017, vol. 6, no. 142, pp. 317—326. DOI: 10.12902/zfv-0183-2017.

13. Novozhenin S. U., Vystrchil M. G., Bogdanova K. A. Analysis of the mathematical modelling results of displacements and deformations induced by the construction of the escalator tunnel of «Mining Institute» station in Saint Petersburg // Journal of Physics: Conference Series. 2020, vol. 1661, no. 1, article 012105. DOI: 10.1088/1742-6596/1661/1/012105.

14. Heunecke O., Liebl W. Accuracy and reliability of gyro measurements at today’s tunnelling projects // Journal of Applied Geodesy. 2018, vol. 12, no. 1, pp. 95—107. DOI: 10.1515/ jag-2017-0035.

15. Szafarczyk A., Gawałkiewicz R. The possibilities of the application of gyroscope instruments in the assesment of the rock mass stability // International Multidisciplinary Scientific GeoConference: SGEM. 2018, vol. 18, no. 2.2, pp. 1059—1066. DOI: 10.5593/sgem2018/2.2

16. Голяев Ю. Д., Дронов И. В., Колбас Ю. Ю., Прядеин В. А., Шпикалов Б. Н. Малогабаритный гирокомпас на квазичетырехчастотном лазерном гироскопе // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Приборостроение. — 2012. — № 3. — С. 112—125.

17. Чернов И. В. Повышение точности определения азимутов с использованием лазерных гирокомпасов // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. — 2016. — № 6. — С. 27—32.

18. Shamilov L. N., Gordeev V. A., Manyko N. G., Badulin A. P., Shestakov G. V., Shtykov A. N. Development and experimental studies of highly sensitive fibre-optic sensors for gyrocompasses // XV International ISM Congress. Aachen. 2013, pр. 98—102.

19. Yang Z., Shi Z., Yang J., Yang S., Huang D. The Research of key technology and superiority in magnetic suspension gyro station and application in underground engineering // International Conference on Multimedia Technology. Ningbo. 2010, pp. 1—3.

20. Zhen S., Zhiqiang Y., Zhe Z. Study on automatic north-seeking key technologies of Maglev gyroscope // The Open Mechanical Engineering Journal. 2013, vol. 7, no. 1, pp. 83—89.

21. Ma J., Yang Z., Shi Z., Liu C., Yin H., Zhang X. Adjustment options for a survey network with magnetic levitation gyro data in an immersed under-sea tunnel // Survey Review. 2019, vol. 51, no. 367, pp. 373—386. DOI: 10.1080/00396265.2018.1563376.

22. Гура Д. А. Разработка методов исследования электронных тахеометров в условиях производства для оценки и повышения точности измерения горизонтальных углов: Дис. канд. техн. наук. — М.: МИИГАиК, 2016. — 181 с.

23. Jeudy L. M. A. Multiple transit times and least squares for gyroscopic azimuth // Bulletin Gæodésique. 1986, vol. 60, no. 4, pp. 288—296. DOI: 10.1007/BF02522337.

24. Bezdíček V., Dandoš R., Konečný M., Kotrbanec J., Král T., Wlochová A. Orientation measurement with gyrotheodolite // Geodesy and Cartography. 2018, vol. 44, no. 3, pp. 100— 105. DOI: 10.3846/gac.2018.2683.

25. Szafarczyk A., Skaba A., Sokalla K. Implementation of gyroscope measurements in underground mines; focus on the mine of ruch (unit) «Borynia» in the Jastrzębie Coal Company // Geoinformatica Polonica. 2019, vol. 18, pp. 113—120. DOI: 10.4467/21995923GP.19.009.1 1576.

26. Dandoš R., Bezdíček V., Wlochová A. Accuracy of determination of azimuth with a gyrotheodolite by the follow-up measurement // Arabian Journal of Geosciences. 2020, vol. 13, no. 5, pp. 1—7. DOI: 10.1007/s12517-020-5129-y.

27. Gregerson L. F. An investigation of the MOM GiB2 gyroscopic theodolite // The Canadian Surveyor. 1970, vol. 24, no. 1, pp. 117—135.

28. Воронков Н. Н., Кутырев В. В., Ашимов Н. М. Гироскопическое ориентирование. — М.: Недра, 1973. — 234 с.

29. Глейзер В. И., Кон М. С. Новый прибор для гироскопического ориентирования // Маркшейдерский вестник. — 2013. — № 4. — С. 19—21.

30. Vystrchil M. G., Novozhenin S. U. Estimation of autolock mode accuracy of robotic total stations with various configurations reflectors // International Multidisciplinary Scientific GeoConference: SGEM. 2017, vol. 17, pp. 281—287. DOI: 10.5593/sgem2017/22/S09.035.

31. Palkin P. O., Kuzin A. A. Using high accuracy geodetic measurements to fix the main bases of the ship in shipbuilding and ship-repairing // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1728, no. 1, article 012015. DOI: 10.1088/1742-6596/1728/1/012015

32. Руководство по эксплуатации Sokkia GyroX. — Sokkiatopcon Co., LTD, 2011. — 60 с.

33. Русяева А. В. Теория математической обработки геодезических измерений: учебное пособие. Ч. I. Теория ошибок измерений. — M.: МИИГАиК, 2016. — 56 с.

34. Голованов В. А. Метрологический контроль при ведении маркшейдерских работ // Записки Горного института. — 2013. — № 204. — C. 122—126.

35. Жданеев О. В., Зайцев А. В., Лобанков В. М. Метрологическое обеспечение аппаратуры для геофизических исследований // Записки Горного Института. — 2021. — № 246. — C. 667—677. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.9.