大气折光对测量的影响及采取的措施.pdf

2 ＼ ， 2 0 0 0年 9月 第 2 9卷第 5期 有色矿山 N on f e r m M i n 母 Se pt ． 2 0 00 V0 1 ． 2 9 No ． 5 大气 折光 对测 量 的影 响及 采 取 的措 施 ／ 路世鹏． 赵龙 - ； pf 一 金 堆 五 曛 面 7 J7 1 4 1 0 2 ／ 1 ] 金 堆 城 钼 业 公 司 ， 陕 西华 县 1 f [关 键 词 ] 盔 ；三 角 高 程 ；堕 垦 三 南 昌 稿测量， 寺 夕 争 【 摘要]本文结合金堆城矿区的测量实践， 就测距三 程观测视线弯曲的四种情况， 进行 了分析和讨论 ， 提 出了减小 大气折光对 高差影 响应采取的措施 ， 对提高 山区三角高程测量 的精度 有一定的实用价值。 [ 中图分类号 ]T D 1 7 6 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 0 0 5 - 0 0 2 0 - 0 3 The i nf l u e n c e o f a i r r e f r a c t i o n o n s u r v e y i n g a n d m e n u． s f o r r e du c i ng t he i ni l ue nc e LU Sh i p e n g， ZHAO L o n g n du i c h o g Mo Z y b , mm I n d u s t r y C o r p o r a t i o n， Hu a x i a n 7 1 4 1 0 2 ， C i n a Ke y wo r d s a i r r e fra c t i o n； t r i g o n o me t r i c l e v e I ； h e i g h t d i f f e r e n c e o r s v i e w ； a c c u r a c y Ab s t r a c t C o mb i n e d wi t h t he s u r v e y i ng p r a c t i c e i n J i n d u i c he n g mine 8 r e a ， t he f o u r k i M s o f fl e x u r e o f o b s e r v i n g l i n e i n t r i g o n o me t r i c l e v e l i n g a r e a n a l y s e d a n d d i s c u s s e d， an d t h e mo N uS k l r e s f o r l e d u c i ng t h e i n flu e n c e o f a i r r e f r a c t i o n O rs h e i g h t di f f e reI - ce a r e p u t f o r wa r d．I t i s u s e f u 1 f o r i mp r o v i n g t h e a c c u r a c y 0 fi g o n o me t r i c l ev e l i ng i n mo u n t a i n a r e a ． 1引 言 大气 折 光 主要 影 响测距 三角 高程 精 度 。 关于折光系数的精度 ， 过去有实验说 明折光 系数的中误差为 0 ． O 3 ～0 ． 0 4 。现有文章 认为最 大的可达 0 ． 1 6 ， 最小 只有 0 ． 0 1 ， 相 差十几倍 。出现上述现象 的原因， 除了不同 地区、 山区或平原、 或者跨越河流等存在的差 异外 ， 多数则是估计不准确引起 的。因此正 确认识折光 系数的影响规律 ， 寻求准确估计 折 光系数误差 的方法 ， 提高 折光 系 数 的代 表 精度， 对克服折光系数影响和正确评价测距 三角 高程 的测量精 度 ， 是具有现 实意义 的。 2 大气 折光及其对高 差的影响 当观测视 线通过理想的大气层 时， 观测 [ 收稿 E t 期 ] 2 0 0 0 2 一 7 [ 修订 E t 期 ] 2 0 0 0 4 7 [ 作者简介] 路世鹏 1 9 5 6 一 ， 男， 测量工程师 。 视线是一条直线 ， 由于大气密度分布不均匀 ， 使得观测视线产生一定的弯 曲， 从 而给观测 结果带来影响。根据折射定律可知 s i n nc 1 用上式对高差 h取微分可得 d n l d h一d a ／ d h c 培 a 2 如 图 l n n 】 n 1 ， n 2 n 2 ， a ， n 3 ， ⋯⋯ ，视线弯 曲为凸向， 即 d n ／ d h为负值。 如 图 1 b n l n l ， n 2 a 2 ， 。 3 a 3 ， ⋯⋯ ，视线弯曲为 凹向， 即 d n ／ d h为正值 。 可见 ， 视线弯曲的大小和方 向取决于垂 直折射度的梯度。折射率的梯度与密度有如 下关系 d n[ 3 dh 而密度梯度可用下式表示 宝 一 A P 、 R a T 4 式中 P 大气压力 ， mr r uH g 0 ． 1 3 3 3 2 2 k P a 维普资讯 ● 第 5 期 路世鹏等 大气折光对测量 的影响及采取的措施 2 1 a { b 圈 1 视 线 圈 T 大气绝 对温度 ， K； A 常数 ， 通常取 2 8 7 6 0 4 l O ～。 通常情况下 ， 一0 0 3 4 K ／ m， 所 以 当温度梯度 大于 一0 ． 0 3 4 m 时 ， 密度梯度 为负， 视 线 呈 凸 向 弯 曲。当 温 度 梯 度 小 于 一0 ． 0 3 4 K／ m 时， 密度梯度为正， 视线呈 凹 向弯 曲。 一 般在 近 地层 ， 对 于炎 热的 白天 ， 大气 密 度梯度为正值。对于寒冷天气的白天 ， 大气 密度为负值 。电磁波测距三角高程测量 ， 测 站和镜站观测视线离地面较近 ， 一般在 1 ． 5 m 左右。对于前者 的观测条件 ， 视线多为凹向 弯 曲。对于后者 的观测条件 ， 视线多为凸向 弯曲。实际上 ， 由于地貌 ， 温度 和植 被的不 同， 造成沿线地面之间大气密度的差异较大。 这样 ， 观测视 线 弯 曲的方 向不 止 上述 两 种情 况。根据分析 ， A， B两点 间的观测视线至少 可能 出现 图 2的 四种情况 。 a b ‘ c ‘ d 闺 2观 测 圈 第 一种 情况 见 图 2 a ， 由 A观测 B 正高差 ， 由于折光的影响 ， 将使天顶距观测 值增大 魏， 而使高差减小 n 鲁 。 s 式中 大气折光对天顶距的影响值 D 常数 2 0 6 2 6 S ； 若无折光影响的观测高差为 h ， 则带有 折光影响的实际观测高差为 h t t 一 由 B观测 A 负高差 ， 折光影响将使天 顶距观测值增大 乱， 高差绝对值增大 S P 式 中 乱大气折光对天顶距 的影响值 ， s 。 则带有折光影响的观测高差为 h 日 hB 一 △ 于是， 对向观测高差为 - h A 一 一 - A h A A h 5 上式右边第二项即为对 向观测大气折光 系数差对高差的影响。显然 ， 观测 高差 中含 有大气折光系数的残余影响。 第二种 情况 见 图 2 b 。 由 A 观测 B 正高差 ， 由于折光的影响， 将使天顶距观测 值减小 也， 使高差增大为 鲁 - s 若无折光影响的观测高差为 h ， 则带有 折光影响的实际观测高差为 h A ha 一 △ 由 B观测 A 负高差 ， 折光影 响将使天 顶距观测值减小 乱， 高差绝对值减小为 ． S P ‘ 则带有折光影响的观测高差为 h 日 h B一 △ 于是， 对 向观测高差为 h { h B 寻 一 △ 6 这种观测条件下 ， 大气折光系数 的残余 影响与第一种情况类似 ， 只是符号不同罢了。 维普资讯 2 2 有色矿山 2 0 0 0年 第三种 情 况 见 图 2 C ， 由 A 观 测 B 正高差 ， 带有折光影响的观测高差为 h A hA 一 由 B观测A 负高差 ， 带有折光影响的 观测高差为 B he 一 凸 于是对 向观测的高差为 1 1 h寺 ～h 口 { { 一 口 7 0 大气折光对高差影响量为 1 音 日 即高差值增大。这种观测条件下 ， 无论 对向观测时两端大气折光系数差的绝对值是 不是相 同， 折光的影响总使观测高差值偏大。 第四种情况 见 图 2 d ， 由 A 观测 B 正高差 ， 带有折光影响的观测高差为 h 一凸h 由 B观测A 负高差 ， 带有折光影响的 观 测高差 为 日 hB 一 △ 于是 ， 对向观测的高差为 1 1 h 告 h ～ 一 告 8 - 大气折光对高差影响量为 1 一 _ } B 即高差值减小 。这种观测条件下， 大气 折光的影响总使观测高差偏小。 上述情况表 明 当出 一、 二种情况 时， 在 相近的 时 间段 内， 对 向 观测 可 以消 除 或减 小大气折光对高差的影响； 当出现三 、 四种情 况时， 即使采用同时对向观测 ， 高差中的大气 折光影响仍然不能消除或减小。 3结论 1 测距三角高程测量， 观测视线离地面 较低 ， 在炎热季节 的白天测量 ， 观测视线大部 分呈 凹向弯曲， 折光系数多为负值 ， 2 如果 观测视线 呈 凸 向或 凹 向弯 曲 ， 对 向观测结果的高差平均值可以部分或大部分 消除大气折光的影响。如果观测视线的一端 呈凸向弯 曲而另一 端呈凹向弯曲 ， 折光影响 将使观测高差偏大或偏小 ， 即使对向观测 ， 也 不能消 除其影 响。 3 观测视线大气折光对高差 的影响 ， 随 季节 ， 天气， 地面植被及测量时沿线的温度不 同而变化 ， 且有其规律性。 4 措施 1 由于金堆城矿区属 山区 ， 垂直角 较 大 ， 边长误差对高差的影响 比平地大， 因此边 长应采取不 同时对 向观测。垂直角采取对向 观测 ， 提高观测精度。同时量取仪高 ， 镜高 ， 对边长进行气压 ， 温度改正， 减小大气折光影 响 ， 边长愈长 ， 垂直角观测精度要求愈高。 2 选择有利 的观 测时 间， 确保呈 象稳 定 ， 清晰。视线离地面距离不小于 1 ． 5 m， 选 择 地面植被 相 近 的测量 线 路 ． 沿线 温度 变化 不大， 地面起伏一致 ， 或基本一致 。 3 只要视线离地面有足够的高度， 短边 测距三角高程的垂直折光影响很小 ， 在 日出 后一小时至 日落前一小时 ， 目标成像清晰， 稳 定 ， 即可观测。当天气条件一样 ， 不同时间段 的对 向观测结果的精度也是很高的。强调同 时对向观测的意义不大 ， 但应选择 同样或相 似 的观测条 件 。 4 距离 最好控 制在 1 0 0 0 m 以内， 避免 出现三 、 四种情 况。 参考 文献 [ 1 ]中国矿业学院测量教研室 激光测 距 仪[ M] 北京 煤炭工业 出版杜 ． 1 9 7 8 ． 【 2 ]武汉猁绘学院控制测量教研组 _ 同济大学大地 测量教研室 ． 控制测量学 [ M]北京 测绘 出版 杜 ． 1 9 8 3 ． 维普资讯