試論精密跨河水準測量的大氣垂直折光問題①

曾翔

摘 ? 要：本文對跨河水準測量過程中精確程度提升的情況下關注其中所包含著的大氣垂直折光系數(shù)的計算問題，在對這些問題討論及精度分析的基礎上，主要是在跨河水準測量垂直角的實際觀測資料的基礎上對大氣垂直折光系數(shù)進行計算，從而對跨河水準測量大氣垂直折光問題實施探討，明確得出結論。

關鍵詞：精密跨河水準測量 ?大氣 ?垂直折光問題

中圖分類號：P421 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0014-02

大氣垂直折光問題屬于測量工作中的難題，當前沒有能夠比較精確有效的方式得出折光系數(shù)數(shù)值，利用跨河水準測量中對垂直角資料實際觀測過程中大氣垂直折光系數(shù)求值。在經(jīng)濟建設發(fā)展的過程中，大型橋梁工程建設的時候，在實施大壩安全監(jiān)測的時候，由于跨河水準測量在河面較寬的時候主要采用經(jīng)緯儀傾角法，用兩臺經(jīng)緯儀在江河兩岸觀測，由于當前有比較多的垂直角實際觀測資料，在對這些觀測資料應用的情況下得出這一地區(qū)更對高精度的大氣垂直折光系數(shù)。利用跨河水準測量的觀測成果進行折光系數(shù)計算，這一方式也就相當于中間法的三角高程測量，由于大量觀測的垂直角，垂直角的觀測精度能夠保證在1以內(nèi)誤差的情況下，可以使得大氣垂直折光系數(shù)的精度具有比較可靠的保證。

1 ?跨河精密水準測量的方法

跨河水準測量屬于大地測量和控制測量等過程中對跨越的江河水域實施精密高程傳遞的方式，跨河水準測量的方法包含著光學測微法和經(jīng)緯儀傾角法及測距三角高程法等。在國家一、二等水準測量規(guī)范的過程中紅，對長距離的跨河水準測量場所進行選擇和作業(yè)措施等方面也存在著相對應的規(guī)定，這些規(guī)定能夠對跨河水準測量的實施精度提供必要保障。在工程測量中利用跨河水準測量方法也會較為普遍。尤其是特大跨徑橋梁建設的時候，其中所采取的跨河水準測量技術是對橋梁工程質量保障的重要基礎，必須對跨河水準測量技術有效改進和提高，有效提升水準測量的數(shù)據(jù)質量和精度[1]。

1.1 傾斜螺旋法

所謂傾斜螺旋法是用水準儀的傾斜螺旋使得視線可以傾斜地照準對岸水準標尺上特制覘板的標志線，在視線的傾角和標志線間的距離確定的情況下得出水平視線在對岸水準標尺基礎上得到的精確讀數(shù)。視線的傾角可以利用傾斜螺旋分劃鼓的轉動格數(shù)或用水準器氣泡偏離中央位置的格數(shù)等有效確定。

1.2 GPS水準法

GPS技術是在當前技術發(fā)展的基礎上興起的將衛(wèi)星作為基礎的無線電導航和定位技術，GPS技術被廣泛應用到測繪行業(yè)的各個領域中，GPS在高程控制測量的時候，其仍然處于探索的階段中，而生產(chǎn)實踐的過程中也需要這一技術可以對CPS高程應用問題加以解決在促使GPS大地高高差與水準高差對比分析的情況下，對GPS大地高高差代替水準高差探索提供重要基礎[2]。

2 ?利用跨河水準測量成果進行大氣垂直折光系數(shù)計算

在跨河水準測量的時候，由于測站儀器離遠和近標尺的距離之間差距比較大的情況下，通常近標尺處于10m左右，而遠標尺能夠達2km，因此在視線跨越水面的時候，大氣垂直折光的影響也會更加明顯，由于當前雙測回需要在測量的時候進行兩岸同時觀測處理，在結束之后可以保障兩岸的視線所受大氣垂直折光的影響能夠保持一致。

2.1 精密水準測量的測前場地選擇

首先需要選擇河流最窄的位置進行場地布設處理，使得跨越視線能夠保持最短，有利于提升測量精度，跨河水準測量的高差中誤差與視線的長度之間具有正比關系，測量的測回數(shù)在視線長度增加的基礎上也會得以增加，在視線縮短的時候是為了使工作量得到減少。跨河視線盡可能不要通過草地和兩岸由儀器至水邊的距離應大致相等，地貌等相似程度比較高，不能靠近墻壁及磚堆等，每一個位置的折光差始終取決于最接近儀器的距離上的大氣垂直溫度梯度，兩端測量時的折光差容易使得測量結果出現(xiàn)系統(tǒng)性誤差[3]。

2.2 具體計算分析

某大壩一等跨河水準測量應用的方式主要是經(jīng)緯儀傾角法，I1、I2為跨河儀器觀測站在構建觀測墩的基礎上，將b1和b2設置為跨河立尺點，其中d1=11.99m，d2=11.98 m，S=536.5m，S′=b1I2。在6個光段觀測的時候，28個測回。每個雙測回主要是兩臺T3經(jīng)緯儀同時觀測6組，根據(jù)所觀測的遠和近標尺的垂直角及跨河水準測量得出b1和b2點間的高差平均值或根據(jù)一等水準環(huán)線得出b1和b2 點間的高差，即可得出大氣垂直折光系數(shù)。因為近標尺到儀器站僅僅為12m，大氣垂直折光可以能夠忽略不計。

由三角高程測量的基本公式可得

為b1和I1兩點間的高差，而S是I1b2的長度;d1是I1b1的長度其中a為遠標尺的垂直角，r則顯示為近標尺的垂直角，h為跨河水準點間的高差。由跨河水準測量的成果計算每一測回的大氣垂直折光系數(shù)及對岸觀測大氣垂直折光系數(shù)。

3 ?結語

以上在對利用跨河水準的資料進行大氣垂直折光系數(shù)計算方式分析的過程中能夠有效得出實施跨河水準測量的時候可以利用提高視線和共同觀測及視線高度基本一致等方式有效減少大氣垂直折光所產(chǎn)生的誤差影響。通過對武漢長江河床工程的跨河水準測量的施測處理，能夠得出當前跨河水準測量的觀測時減少大氣垂直折光的影響所需要注意的事項主要是在實施一雙測回的觀測的時候需要充分做到同時開始和結束，促使觀測速度保持一致。在溫度出現(xiàn)較大變化和氣流較強的情況下，河面的大氣垂直折光變化也明顯更快，需要停止觀測，且需要盡可能在陰天及微風的情況下觀測，這一時期的結果更加穩(wěn)定，而折光系數(shù)與視線離地面的高度之間具有聯(lián)系，這就需要提高視線的高度，在多次觀測的時候，需要選擇在每年的同一季節(jié)實施，盡可能使得觀測受到的外界影響條件相同，從而獲取理想的觀測效果[4]。

參考文獻

[1] 郝旦，王芬.自動照準全站儀精密三角高程測量在跨河水準測量中的應用[J].測繪通報，2019（3）：159-162.

[2] 張騰飛，陳永軍，張傳帥，等.精密三角高程在長距離一等跨河水準測量中的應用[J].測繪與空間地理信息，2018，41（9）：203-206.

[3] 白懷明，王軍.精密跨河水準測量誤差分析及改進措施[J].山東水利，2016（12）：31-32.

[4] 王語.跨河精密水準測量研究[J].河南科技，2015（22）：140-141.