《陀螺经纬仪定向测量技术规范》编制说明

《陀螺经纬仪定向测量技术规范》

编制说明

一、工作简况

1.任务来源

根据自然资源部办公厅下达的《关于印发2023年度自然资源标准制修订工

作计划的通知》（自然资办发﹝2023﹞30号），正式批准《陀螺经纬仪定向测

量技术规范》行业标准计划项目立项，项目计划编号为202332007。

本项任务由中华人民共和国自然资源部提出，由全国地理信息标准化技术

委员会测绘分技术委员会（SAC/TC230/SC2）归口，按计划于2025年8月完成。

2.目的意义

随着我国国民经济的迅速发展，地下工程基础设施建设及惯性导航产品日

益增多。地下工程开挖贯通及惯性导航产品的出厂标校都需要准确的方向基准，

陀螺经纬仪因具有不依赖其他条件（如卫星、标校设备等）能够快速测定上述工

程需要的方向基准的物理特性，被广泛应用于矿山、隧道、海洋、森林等众多领

域。进入新时代，科学技术、工程建设和经济建设迎来了高速发展，对陀螺经纬

仪定向测量的要求越来越高。在国民建设方面，越来越多的大型工程需要高定向

精度的保证，尤其是地下工程建设，该项技术可以准确测量地下工程任意测线的

坐标方位角。国防建设方面，陀螺经纬仪常用于惯性导航设备的校正与标定。

陀螺经纬仪定向测量对于地下工程顺利贯通至关重要。传统导线的测量手

段随着隧道掘进的深入，测量累计误差会越来越大，虽然工程上采用多边形导线

的方法进行检核，但这只是检核相对的内符合精度，不能按照附和导线的方式进

行绝对量值的平差。陀螺仪无需传递可直接获取工作面上坐标方位角，解决了隧

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道内无绝对检核条件的问题。

陀螺经纬仪可在卫星及天文等导航技术手段失效时，很好的弥补快速定向

的技术短板。我国航空航天事业的迅猛发展使惯性导航设备迎来了巨大的技术

变革，惯性导航设备的研制趋于高精度、集成化、小型化，因此对惯性导航设备

的检校也提出了更高要求，在天文定向技术因外业条件限制无法满足高精度惯

导设备标校场建设时，需采用高精度陀螺经纬仪对标校场进行精密标定。

目前基于陀螺经纬仪开展的定向测量技术路线和方法已经成熟，但实际应

用缺少专项标准，导致在众多行业应用时产生了不规范、不严密的情况，由此产

生的技术、安全和质量等方面的因素制约了陀螺仪定向测量的应用和发展。因此，

亟需制定相应的标准规范，对高精度陀螺仪定向技术的应用和安全等方面进行

必要的规范。

本标准的制定将着力解决陀螺经纬仪在计算原理、测量实施、精度评定、数

据处理等方面缺乏标准支撑的问题；通过本标准的编制和实施能够更好地发挥

陀螺经纬仪定向技术在矿山开采、地下工程贯通、惯性导航设备标校等领域的作

用，进一步规范陀螺经纬仪定向技术的技术规定，明确该项技术应用及原理等方

面的要求，满足社会经济发展对陀螺经纬仪定向测量的需求。

本标准的制定，将有助于推广陀螺经纬仪定向测量技术服务体系建设，有益

于陀螺经纬仪定向技术体系的有序实施。对于陀螺经纬仪定向技术的的发展以

及我国经济社会建设都具有重要意义。

3.起草单位及主要起草人

1）承担单位和协作单位

承担单位（主编单位）：自然资源部第一大地测量队

协作单位（参编单位）：自然资源部测绘标准化研究所、西安航光仪器厂、

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长安大学、中铁第一勘察设计院集团有限公司、中国船舶集团有限公司第七〇一

研究所、中国航天科技集团有限公司第一研究院第一〇二研究所、河南测绘职业

学院、西安立中测控科技有限公司、西安铁路职业技术学院。

2）主要起草人及其所做工作

编写组由长期从事陀螺经纬仪定向测量技术及标准化的专家、中青年技术

骨干组成。规范主要编写人：刘站科、李飞战、常俊琴、刘胜震、赵鑫、石震、

张翠、瞿伟、郑文科、许双安、张学良、高立亭、刘锋、李宏超、张俊杰等。

刘站科负责标准大纲制定、总体设计工作，李飞战负责完成总体设计、理论

实践的论证和主体编写，常俊琴、石震、瞿伟负责总体理论方法和数据处理的编

写，赵鑫负责标准化工作，郑文科、刘胜震、张翠负责细部数据处理及技术文档

编写，许双安、张学良、高立亭、刘锋、李宏超负责精度评定及成果应用，张俊

杰、孙文亮、马强负责外业数据采集分析及技术指标制定工作，陈景涛、张伟琪、

陈小英等人负责格式编排、资料整理和校对工作。

4.主要工作过程

1）前期准备

本标准起草单位前期积累了大量的技术经验和应用案例，自2012年引入第

一台陀螺经纬仪，2020年引入第二台陀螺经纬仪以来，经过数十年的技术沉淀，

依托多个国家级重大工程建设项目开展了多区域、多领域及众多型号设备的陀

螺经纬仪定向测量外业实施及示范性应用，联合国内设备生产厂家完成了陀螺

经纬仪的算法研究、系统开发和服务应用等工作，相关成果在浙江、上海、云南、

北京、陕西等区域的不同行业得到应用，在矿山超深越界、铁路及公路隧道贯通、

民用飞机制造、船舶制造等领域得到推广。

起草单位掌握了陀螺仪定向测量技术要求、流程、特点和关键点，积累了丰

富的理论和应用经验，通过大量生产项目和实验验证了其可行性及科学性，于

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2021年12月在相关应用领域制定了系统内部的技术流程和技术指标。

根据自然资源部2022年10月《自然资源部办公厅关于征集2023年度自然

资源标准制修订工作计划建议的函》，主编单位积极开展拟申请立项标准计划申

报工作。邀请国内相关行业有关单位专家参加本标准的筹备与咨询工作。

2022年10月至11月，牵头单位按照测绘行业标准编制要求，完成了《陀

螺经纬仪定向测量技术规范（草案）》的编制，并于12月完成了标准申报资料

的准备和申报工作。

2023年1月，牵头单位按照自然资源（测绘）标准立项评估会答辩要求准

备答辩材料。2023年2月14日，标准立项评估会在自然资源部测绘标准化研究

所举行，牵头单位标准负责人对专家质询内容进行现场解答。

2）立项启动

2023年7月25日，自然资源部办公厅下达了行业标准《陀螺经纬仪定向测

量技术规范》制定计划。标准立项任务下达以后，自然资源部第一大地测量队作

为标准的牵头单位，经过筹划与协调，成立了由设备研制单位、高校院所、行业

内各领域技术应用单位等多家单位的专家组成的课题编写组，并组建标准编写

微信群，方便各参编单位及时沟通和交流技术问题。

2023年11月7日，课题组在陕西西安采取线上+线下的会议方式召开了标

准编制启动会。编写组成员共计20余人参加了会议。启动会介绍了标准草案的

编写情况，明确了需要重点讨论的内容和参编单位分工，以及下一步工作计划。

此外，编写组成员现场对草案内容提出修改意见。

3）起草阶段

2023年11月30，课题组以线上形式召开了本标准的大纲讨论会（第一次

会议），统一了标准编制的指导思想和基本原则，确定了标准范围，并对标准框

架进行了详细讨论。

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2024年1月11日，课题组在西安航光仪器厂召开初稿讨论会（第二次会

议），对标准中的内容进行扩充和完善，形成了标准初稿。

2024年1月23日，课题组以线上的形式召开了征求意见稿讨论会（第三次

会议），对部分技术环节进行了适当调整，文字表述进行了规范，形成征求意见

稿第一稿。

2024年1月-2月，形成一稿后再次征求课题组内参编单位意见和建议。

2024年3月22日，牵头单位根据课题组的意见进一步修改完善标准文本，

并编写编制说明，形成标准文本第二稿。

2023年3月26日，牵头单位小范围组织了线上标准讨论会，根据课题组意

见，调整了标准框架，形成了标准文本第三稿。

2023年4月6日，牵头单位组织了线上研讨会，进一步统一了思想，明确

了部分技术指标，根据课题组意见，修改完善形成了标准征求意见稿。

在编制过程中，课题组积极利用微信、电子邮件、即时通信、视频会议等手

段，对有关问题进行了较为充分的沟通和讨论。

4）征求意见阶段

暂略。

5）送审阶段

暂略。

6）报批阶段

暂略。

二、标准编制原则和确定标准主要内容

1．编制原则

1）一致性

概念、名词、分类、精度指标要同相关标准和文件保持一致性和延续性，避

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免矛盾、冲突和不一致。

2）基础性

对公共性的、基础性的指标和要求进行规定，取“最大公约数”，强调标

准的基础性和通用性。

3）科学性

充分参考和借鉴各行业应用单位的经验成果，结合部里相关文件要求，保

证所涉及到的具体指标有充分的理论依据和成熟的技术支撑。

4）先进性

既要考虑低精度的传统算法的陀螺经纬仪，也要充分考虑高精度先进算法

的仪器设备，体现陀螺经纬仪定向测量的“新”，保证标准的适用性和先进

性，并具一定的前瞻性。

5）规范性原则

标准的体例与格式要求按国家标准GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1

部分：标准的结构和编写》执行，符合规范性原则。

2．主要内容确定依据

本标准编制除了依据《中华人民共和国测绘法》（2017版）等法律法规外，

还依据以下标准和文件：

1)GB/T18314全球导航卫星系统（GNSS）测量规范

2)GB/T24356测绘成果质量检查与验收

3)GB50026工程测量标准

4)GB/T50308城市轨道交通工程测量规范

5)GB/T17159大地测量术语

6)GB/T18316数字测绘成果质量检查与验收

7)TB10101铁路工程测量规范

8)JJG100全站型电子速测仪检定规程

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9)JJG5201陀螺经纬仪检定规程

10)JJF1350陀螺经纬仪校准规范

三、主要试验(或验证)的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经

济效果

1．标准适用范围

本文件规定了陀螺经纬仪定向测量的基本要求、陀螺仪检校与操作、观测方

法、数据处理与精度评定、资料整理与上交等要求。

本文件适用于纬度70°以内的机械式陀螺经纬仪定向测量。

2．标准的技术内容说明

1）任务内容拓展的说明

随着我国国民经济建设和国防建设改革发展的深入，计算机技术、材料技

术、光电技术等基础学科实现了跨越式发展，让我国众多制造领域不再依赖国

外，陀螺经纬仪也完成了国内批量生产，计算模型和材料工艺的精细化大幅提

升了陀螺经纬仪的测量精度，很大程度拓宽了该设备的应用领域，牵头单位结

合项目经验并走访多个科研制造单位进行调研，敏锐发现陀螺经纬仪除传统的

地下工程定向外，还广泛应用于惯性导航设备标校及飞机船舶制造等众多领域，

因此在任务与目的中加入真北方位基准建立及导航设备相对位置标校等内容。

2）工艺流程和技术指标的规定

陀螺经纬仪定向测量技术在国内相关工程测量规范中均有提及，但都较为

碎片化，且铁路、公路、城市轨道、矿山、盾构施工等不同领域规定的施测流

程及相关技术指标差异性较为显著，有关规定也仅出现在“竖井联系测量”章

节。

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本标准规定了地下工程定向、真北方位基准测量及导航设备相对位置标定

的工艺流程和技术指标。地下工程定向方面，从测量程序、已知边成果等级、

已知边与定向边边长、测前测后常数测定时间间隔、贯通长度与仪器等级及陀

螺边加测距离均做出详细规定；真北方位基准测量方面，规定了方位基准精度

要求和采用仪器标称精度的要求，明确了测量程序、仪器常数标定时基准边等

级、外业测回数，测回间互差等技术指标要求；导航设备相对位置标校方面，

规定了设备的标称精度、仪器常数的标定要求、测量载体基准线真北方位测量

的测回数及互差、导航设备陀螺方位角测回数互差等内容。

3）陀螺经纬仪定向测量坐标方位成果应用

在地下工程定向领域，长久以来有一个比较突出的问题，就是陀螺经纬

仪定向测量测定的坐标方位角如何应用，与导线测量的坐标方位角该怎样融

合进行数据处理，没有任何技术规范或文件进行规定，大部分使用单位都是

仅凭测量人员的经验和主观判断进行粗犷处理，这也是影响陀螺经纬仪定向

测量推广应用的重要制约因素之一，本规范在多个项目的陀螺及导线数据的

支撑下，结合地下工程贯通后的贯通误差分析，充分征询多家施工单位专家

的意见，形成了陀螺经纬仪坐标方位成果应用章节内容。

4）数据处理

陀螺经纬仪定向测量数据处理一直靠的是口口相传，目前国内的任何规

范或技术文档并没有任何指导性技术要求，本规范规定内容采用牵头单位及

行业内多家单位经过实践检验的计算流程、方法和公式，对公式中涉及到的

子午线收敛角计算公式采用展开公式中的前三项。规定了地下工程定向坐标

方位角计算中的查表法、坐标计算法两种计算方法，明确了真北方位基准测

量仪器常数计算及真北方位传递计算的公式。

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5）测量成果精度评定

陀螺经纬仪定向测量成果目前没有相应的精度评定标准和技术要求，

本规范分别从观测值中误差、算术平均值中误差及不确定度三个方面对测

量成果进行精度评定并规定相关指标。

6）其他说明

本规范作为资料性文件列出了悬挂类及磁悬浮类陀螺经纬仪数据处理

的计算流程、公式及各种记录计算表格。

四、采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标

准水平的对比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况

五、与有关的现行法律、法规和强制性标准的关系

本文件为行业标准，符合《中华人民共和国测绘法》、《中华人民共和国标

准化法》等法律法规和测绘地理信息强制性国家标准的规定。

六、重大分歧意见的处理经过和依据

无。