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《北京測繪雜志》2016年第4期

摘要：

全站儀利用調(diào)制電磁波進行測距，受電磁波折射率的變化進而影響其測距精度。本文首先推導了影響全站儀電磁波折射率的氣象改正公式，利用該公式計算了全站儀測距時的氣象改正數(shù)，接著進一步推導出全站儀氣象改正公式在參考氣象條件下的偏導數(shù)，依據(jù)誤差傳播定律，分析了不同觀測誤差情形時的氣象改正中誤差。結(jié)果表明：實際氣象情形越偏離參考氣象條件時，相應的氣象改正數(shù)越大，在實際的全站儀測距中，由于氣壓測量的誤差相對較大，氣象改正誤差更多的取決于氣壓測量的精度。

關(guān)鍵詞：

全站儀；氣象氣壓；測距

1引言

工程施工中，全站儀的使用改變了傳統(tǒng)測量方式，它不但能同時進行角度和距離的測量，并能進行測量數(shù)據(jù)計算改正、記錄、顯示和傳輸，配合電子記錄手簿，可以自動記錄、存儲、輸出測量結(jié)果，使測量工作大為簡化，還能夠減小甚至克服光學測量儀器所無法避免的部分誤差，有效提高了測量精度。但是，隨著高精度全站儀的日趨平民化，多數(shù)施工測量采用的全站儀為I級儀器（測距中誤差≤5mm），這往往會使得技術(shù)人員忽略《工程測量規(guī)范》中規(guī)定的看似無足輕重、實際卻嚴重影響測距精度的因素，如氣象氣壓條件改正誤差、儀器的系統(tǒng)誤差改正（如加乘常數(shù)改正）、歸算改正等［1］。全站儀電磁波測距是在地球的自然表面上、實際的大氣條件下進行的，測得的只是距離的初步值，需要加上這些改正項才可得到較為精確的距離測量結(jié)果。對于一般的工程測量，即使忽視一些影響因素也能夠滿足工程測量的精度要求，但是在高山地區(qū)或進行高精密、變形監(jiān)測測量時，依然忽視這些影響因素，將會大大降低測量成果的精度，以至于不符合測量規(guī)范的要求，本文將主要研究氣象氣壓對全站儀測距精度的影響。在董欽偉的《氣象條件對全站儀測距精度的影響》中，主要分析影響全站儀測距時氣象氣壓元素的求解公式。在王巖、劉茂華等的《氣象條件對全站儀距離測量的影響分析》中，主要論述了大氣改正數(shù)的計算及氣象條件對全站儀有無棱鏡測距的影響對比。在姚輝、陳夙穎的《全站儀氣象改正公式及氣象元素測量精度對距離的影響》中，簡要分析了氣象氣壓對全站儀測距中誤差的影響，但其缺少結(jié)合實際氣象氣壓測量設備測試精度對全站儀測距精度的討論。該文將從全站儀電磁波測距的基本原理入手，由于電磁波測距精度受所使用儀器測距時大氣折射率的影響，而影響電磁波折射率的因素主要包括干、濕溫及氣壓值，文章首先推導出影響全站儀精密測距的氣象改正公式，并給出了徠卡TPS1000系列全站儀的氣象改正相對值公式，接著以實際測距時測量的氣象氣壓條件，利用該公式求解出該類型全站儀相應的氣象改正數(shù)的大小，進一步論證了氣象改正對全站儀精密測距的重要性，由于全站儀氣象氣壓的測定精度受所使用測量設備的限制，根據(jù)誤差傳播定律并結(jié)合測量中全站儀氣象氣壓的實際測定情況，分析了氣象氣壓測量精度對全站儀精密測距的影響，這將有助于大家對氣象氣壓對全站儀精密測距有一個全新的認識，同時也有利用指導工程實踐。

2氣象氣壓對全站儀測距精度的影響

為了清晰說明氣象氣壓對全站儀測距的影響，在這里抽選幾次作者曾參與的大地測量任務，從表1不難看出氣象改正對全站儀測距精度的重要性，當實際氣象氣壓接近其參考條件時，測距的氣象改正數(shù)較小，當實際氣象氣壓越偏離全站儀參考條件時，測距的氣象改正數(shù)越大，甚至能夠達到幾十ppm，所以在實際測量中，特別是精度要求較高時，必須對測距結(jié)果進行氣象改正。然而當前，在實際的測繪作業(yè)中，常使用DYM3型空盒氣壓表、DHM2型通風干濕表測定測站點和目標點上的氣壓與干、濕溫值，將兩點之間的氣象氣壓取平均，得到整個測線的氣象氣壓值。由于技術(shù)人員操作的不規(guī)范、讀數(shù)偏差等各種因素的影響，可能引起氣象氣壓的測量存在偏差，這些偏差對全站儀測距精度的影響如何。通過對比氣象改正數(shù)對氣壓、干溫、濕溫的偏導數(shù)結(jié)果可知，干溫對氣象改正數(shù)的影響最大，其次為氣壓，影響最小的為濕溫。由于所使用的DHM2型通風干濕表溫度分辨率為0．2℃，DYM3型空盒氣壓表分辨率為10hPa，通常情況下，溫度的測量誤差相對較小，氣壓的觀測誤差比較大。依據(jù)誤差傳播定律［7］，利用干、濕溫及氣壓的觀測值求得氣象氣壓的測距改正數(shù)，下面按照不同的氣象條件觀測中誤差，分析在參考氣象條件下的氣象改正數(shù)中誤差，如表2所示。由表2可知，在氣象觀測較為理想時，如1、2情形，氣象改正中誤差不大于1ppm；在正常觀測情形時，如3、4情形，氣象改正中誤差不大于1．5ppm；在觀測較為不利時，如5、6、7情形時，氣象改正中誤差可達幾個ppm，對于精密測距時，此項誤差不可小覷，否則將導致無法滿足測量精度要求。由于氣壓測量的分辨率相對較大，通過對比3、4和5、6可知，氣象改正中誤差更多的是由于氣壓測量誤差引起的。還有一點需要強調(diào)的是，理論上講，載波的真實折射率應該通過整個測線折射率積分取平均來求解，不過此真實折射率無法求解，在實際作業(yè)中，以測線兩端氣象元素均值求解折射率，這兩者之間必然存在一個差值，這就產(chǎn)生了氣象元素的代表性誤差［8］，導致測距誤差的持續(xù)存在。

3總結(jié)

通過以上公式推導及分析可知，全站儀測距時氣象氣壓條件對其測距有著較大的影響，當實測氣象氣壓條件偏離參考氣象氣壓條件越大時，相應的氣象改正數(shù)越大。通過對比氣象改正數(shù)對氣壓、干溫、濕溫的偏導數(shù)結(jié)果可知，干溫對氣象改正數(shù)的影響最大，其次為氣壓，影響最小的為濕溫。受氣象氣壓測量設備的影響，由于DYM3型空盒氣壓表分辨率遠遠大于DHM2型通風干濕表溫度分辨率，溫度的測量誤差相對較小，氣壓的觀測誤差比較大，所以氣象改正中誤差更多的是由于氣壓測量誤差引起的。在進行控制網(wǎng)布測等高精密測量時，一定要嚴格按照操作規(guī)范，測量實測時的氣象氣壓條件，并對測距結(jié)果進行修正，以期得到較為精準的距離測量結(jié)果。

參考文獻：

［1］董欽偉．氣象條件對全站儀測距精度的影響［J］．甘肅科技，2012，28（12）：40－41．

［2］王巖，劉茂華，顧悅婷．氣象條件對全站儀距離測量的影響分析［J］．測繪通報，2010年增刊：125－126．

［3］徐忠陽．全站儀的氣象改正及其公式推導［J］．2002年全國測繪儀器綜合學術(shù)年會，吉林長春．

［4］全站型電子速測儀測量規(guī)程（CHB5．8－2010）．總參謀部測繪局，2011－08－01：10－11．

［5］姚輝，陳夙穎．全站儀氣象改正公式及氣象元素測量精度對距離的影響［J］．2008年第四期，測通通報：14－16．

［6］孔祥元，郭標明，劉宗泉．大地測量學基礎（第二版）［M］．武漢，武漢大學出版社，2014．7，313－314．

［7］王儂，過靜珺．現(xiàn)代普通測量學［M］．北京，清華大學出版社，2009．8：111－114．

［8］姚輝，陳夙穎．全站儀氣象改正公式及氣象元素測量精度對距離的影響［J］．2008年第四期，測通通報：14－16．

作者:李法鑫 馬文強 翟曉峰 單位:中國人民解放軍63883部隊