大气折光对测绘工作的影响.doc

【标题】 大气折光对测绘工作的影响【摘要】大气折射是测量的主要误差之一，它在很大程度上取决于大气内部结构。由于气候条件和地理特性，对本地区的高精度测量工作会产生显著地影响。随着数字化城市及各种测量工作的需要，提高我国测量数据处理水平迫在眉睫，这就要很好研究产生大气折射误差的内在机制与误差和本地区自然条件的相关关系，并找出大区折射误差的修正方法。【关键字】 大气折光、测绘工作、测角、测距【正文】地球大气是一种典型的随机非均匀介质，在地面进行光学观测总要受大气的影响，而大气介质对光传播的影响主要体现在空气中的尘埃的散射作用，关在任意方向上的偏离直线传播。而根据自然地理学可知道，随着海拔高度的上升，大气柱的重量减少，所以气压随高度升高而降低。气压随高度变化的实际情况与气温和气压条件有关。由于热力和动力的原因，在同一水平面上气压的分布是不均匀的。气压相同的条件下，气柱温度愈高，单位气压高度差愈大，气压垂直梯度愈小。因此，当空气受热状况有差异时，暖区的气压垂直梯度比冷区小。在相同气温下，气压愈高，单位气压高度差愈小，气压垂直梯度愈大。基于这两点，在地面受热较强的暖区，地面气压常比周围低，而高空气压往往比同一海拔高度的邻区高；在地面热量损失较多的冷区，地面气压常比周围高，而高空气压往往比周围低。所以大气的密度分布不均造成了大气折光。人类赖以生存的大气，是围绕着整个地球的一个巨大的气体圈层，称为大气圈。地球大气是伴随这地球的形成过程，经过了一万年的不断更新才演变成今天这个样子，地球演变过程大概可以分为三个阶段：原始大气阶段、次生大气阶段、今日大气阶段大气折光对测绘工作的主要影响在于测角和测边：1、大气折光对水平角的影响水平折光就是在水平方向上空气密度是不均匀的，地面冷热不均形成的空气环流，形成的水平密度梯度，而产生的折光。大气的温度、湿度、密度、太阳照射方位及地形、地物等因素，对测角的影响主要表现在观测目标成像质量，观测视线的弯曲等方面。其中目标成像是否温度主要取决于视线通过近地大气层密度的变换情况，如果大气密度是均匀的，则大气层就保持平衡，目标成像就模糊、会产生左右上下跳动，照准精度就低。从地理学上来说，大气密度始终存在着不同程度的变化，他的变化主要取决于太阳辐射的强度以及地形、地物和地类的分布特征。目标成像是否清晰主要取决于大气的透明度，也就是取决于大气中对光线散射作用的物质（如：尘埃、水蒸气等）的多少。尘埃上升到一定高度后，除部分悬浮在大气中，晶雨后才消失外，一般均逐渐返回地面。水蒸气升到高空后可能形成云层，也可能逐渐稀释在大气外，因此尘埃和水蒸气对近地大气的透明度起着决定性的作用。地面尘埃之所以上升，主要由于分的作用，即强烈的空气水平气流和上升对流的结果，大量水蒸气也是谁也和植被地段强烈升温产生的，所以大气透明度从本质上说也主要决定于太阳辐射的强烈程度。一般情况下，除视线远离地面，或两侧的地形和地面覆盖物完全相同外，都会在不同程度上存在水平这关的影响。由于视线通过的大气层非常复杂，因此无法用一个公式来计算出水平这关的数值，只能总结一些规律：（1）由于白天和黑夜大气温度变化的情况相反，因此水平折光对方向值的影响，白天与夜间的数值大小趋近相等，符号相反。（2）视线越靠近对热量吸收和辐射快的地形、地物，水平折光影响就越大。（3）视线听过形成水平折光的地形、地物的距离越长，影响越大。（4）视线两侧空气密度悬殊越大，水平折光影响越大。（5）视线方向与水平密度梯度方向月垂直，水平折光影响越大。从上述规律不难看出，就测站的某一方向而言，在相同的观测时间和类似的气象条件下，水平折光总是偏向某一侧，对观测方向值产生系统影响。进而对水平角测量来了不可避免的误差，根据精度要求标准是否进行平差改正。2、大气折光对垂直角的影响大气总的分布趋势是上稀下密，光线通过地表的大气时，必然长生连续性的向地面一侧的偏折，似的光线的路径为弧线。即视线不是直线而是弧线，视线偏折的距离就称为大气垂直折光差，简称气差。视线这种弯曲还可以这样形象的理解：当一束光线在上稀下密的空气中传播时，由于上册在稀空气中运行，速度快，下侧在密空气中运行，速度慢，必然产生向下的慢转弯现象，也就是说视线向弯向空气密度大的一侧。这种系统误差是测量工作中对精度产生影响的因素之一。世界气象组织,按温度随高度变化特点自上而下分为5层：（1）散逸层：800km外地球大气的最外层。热层（暖层）以上的大气层称为逃逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大部分分子发生电离；使质子和氦核的含量大大超过中性氢原子的含量。逃逸层空气极为稀薄，其密度几乎与太空密度相同，故又常称为外大气层。（2）暖层：85-800km中间层顶至250 km(在太阳宁静期)或500 km左右(太阳活动期)之间的大气层。层内温度随高度的增加而递增，层顶温度可达1 500 K。（3）中间层：55-85km该层内因臭氧含量低，同时，能被氮、氧等直接吸收的太阳短波辐射已经大部分被上层大气所吸收，所以温度垂直递减率很大，对流运动强盛。（4）平流层：55km下，对流层顶地球大气层里上热下冷的一层，此层被分成不同的温度层，当中高温层置于顶部，而低温层置于低部。它与位于其下贴近地表的对流层刚好相反，对流层是上冷下热的。在中纬度地区，同温层位于离地表10公里至50公里的高度，而在极地，此层则始于离地表8公里左右（5）对流层：平均厚度11km（3万英尺）因为重力关系，所以上疏下密，而有垂直分布。影响大气垂直方向上的密度变化除与地球重力有关外，还随着地区、地形、季节、一天中的时刻、地面覆盖物以及高度的不同而表现出差异，所以影响大气垂直折光的因素有很多。垂直折光改正方法有：（1）比较法：它是比较已知值用以确定观测值的大气折射改正，只需保证空间条件相同，同时测定已知元素和待定元素，再把已知元素的观测值与已知值比较，去求待定元素观测值的大气折射改正数。（2）反算法：他是由观测结果或已知值，反算出气象元素或大气折射改正术。3、大气折光对测距的影响如同测角一样，因为视线走的不是直线而是弧线，所以对测距也带了一些影响。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 .0 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。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