氣象改正

對于不同型號全站儀或者測距儀而言，由于采用載波光源的波長不同、加上各廠家對使用的相關(guān)氣象條件單位不同，最終各廠家的不同型號產(chǎn)品的氣象改正公式有所不同。

根據(jù)國際大地測量協(xié)會第十三次會議的決議，實(shí)際氣象條件下調(diào)制光折射率n的計算公式為

式中a=1/273.16為空氣膨脹系數(shù)；t為實(shí)際大氣干溫單位℃；P為大氣壓單位mmHg；e為實(shí)際水汽壓單位mmHg；ng為標(biāo)準(zhǔn)氣象條件（t=0℃，P=760mmHg，e=0mmHg）下調(diào)制光的折射率：

其中λ為單色光波長，單位微米（μm）；nλ為單色非調(diào)制光在標(biāo)準(zhǔn)氣象條件下的折射率：

例如：sokkia全站儀采用λ=860nm=0.86μm，代如以上公式可求出氣象改正公式如下：

改正后的距離為：

采用其它波長測距的儀器也可用同樣算法得出相應(yīng)改正公式。

一般情況下，為了明確求得距離的大氣折射率改正，需要測定大氣中的氣象元素。因此，為了實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測的自動化，某些系統(tǒng)中添置了高精度通風(fēng)溫度計、數(shù)字氣壓計和數(shù)字濕度計。考慮到大壩變形監(jiān)測中監(jiān)測范圍不大，大氣折光改正屬小區(qū)域大氣折光改正，且大壩變形監(jiān)測系統(tǒng)一般都建有基點(diǎn)穩(wěn)定的基準(zhǔn)網(wǎng)，當(dāng)確信基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定且大壩地區(qū)的大氣代表性誤差規(guī)律清楚時，監(jiān)測人員可以采用實(shí)用改正法對氣象因素進(jìn)行改正。具體做法為利用基準(zhǔn)網(wǎng)的測量信息，用基線邊實(shí)時校準(zhǔn)，邊實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，無需測量氣象元素，從而簡化系統(tǒng)設(shè)備配置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時大氣折射率差分改正，經(jīng)現(xiàn)場測試，這時得到的監(jiān)測邊邊長和監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)同樣具有亞毫米級精度。

采用實(shí)用法對氣象因素進(jìn)行改正，省去了高精度通風(fēng)溫度計、數(shù)字氣壓計和數(shù)字濕度計，簡化了系統(tǒng)設(shè)備配置，但是增加了基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)。穩(wěn)定可靠的監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)是實(shí)用法的基礎(chǔ)，因此，對基準(zhǔn)網(wǎng)提出了較高要求?；鶞?zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)位于大壩基礎(chǔ)變形區(qū)域之外的穩(wěn)固不動的基巖基礎(chǔ)上，并用鋼筋混凝土澆成圓柱水泥墩，其上采用強(qiáng)制對中裝置放置棱鏡及固定棱鏡罩。一般應(yīng)有3~4個基準(zhǔn)點(diǎn)，要求監(jiān)測站至各基準(zhǔn)點(diǎn)的方向和距離覆蓋整個變形監(jiān)測區(qū)域。監(jiān)測站與各基準(zhǔn)點(diǎn)之間的已知斜距、方位和高差是整個自動化監(jiān)測系統(tǒng)氣象改正的依據(jù)，應(yīng)采用高等級儀器定期進(jìn)行監(jiān)測。變形測點(diǎn)較多時會增加觀測時間，觀測條件發(fā)生變化從而影響氣象改正的精度，因此必須分組實(shí)施監(jiān)測，一般每組選7-8個點(diǎn)，每組觀測用時約10min。

在全站儀和測距儀中，一般利用光波進(jìn)行測距，首先儀器會處理測距光波的相位漂移引起的測距誤差。但實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)楣獠ㄔ诖髿庵写┩甘艽髿鉁囟?、氣壓、大氣成分變?特別是二氧化碳濃度影響)、密度、大氣濕度等客觀條件的影響，所測距離要經(jīng)過相關(guān)氣象條件改正才能得到正確的真值。這里主要是針對載波而言。

一般情況下只改正大氣溫度、大氣壓力和大氣濕度對測距的影響。

氣象改正大氣溫度

攝氏溫度（℃）：將純水的冰點(diǎn)定為0℃，以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓純水的沸點(diǎn)定位100℃，并將兩者之間溫差等分100份每等份代表1℃。我國采用攝氏溫度計量單位。

華氏溫度（F）：將純水的冰點(diǎn)定為32F，以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓純水的沸點(diǎn)定位212F，并將兩者之間溫差等分180份每等份代表1F。

絕對溫度（K）：規(guī)定攝氏0℃為273.15K。 分度法與攝氏溫度相同。

以上三種溫度標(biāo)換算關(guān)系：℃=5/9(F-32);K=℃ 273.15

氣象改正大氣壓力

單位面積所受的大氣重量壓力即大氣壓。國標(biāo)單位是帕斯卡（Pa）。另外還使用mmHg以及mb。

1mmHg=1.33322mb≈4/3mb 1mb=100Pa

氣象改正大氣濕度

在大氣壓力中有水汽產(chǎn)生的一部分壓力，就是水汽壓（e）。在一定的溫度下一定體積的空氣中所容納的最大水汽量就是飽和濕度；此時空氣中的水汽壓就是飽和水汽壓（E）。

絕對濕度（a）：單位體積空氣中所含的水汽質(zhì)量。a=289×e/T（單位是g/m3），T是大氣絕對溫度(K)

相對濕度（h）：空氣中實(shí)際水汽壓（e）與同溫度下飽和水汽壓（E）比值稱為相對濕度。h=e/E×100%

（1）由于大氣密度不同，大氣各點(diǎn)處的折射率不同，光束在大氣中傳輸時就會發(fā)生漂移和偏折，光線所經(jīng)路程不是直線，而是曲線。

（2）在變化大氣壓、變化氣溫及變化濕度影響下，大氣密度在垂直方向和水平方向的分布都不均勻。特別對于修建于峽谷內(nèi)的水電工程，局部地區(qū)溫度場的分布情況非常復(fù)雜，致使大氣密度的分布極不均勻，大氣折光對全站儀測量作業(yè)的影響十分顯著。因此，需要對測距、測角進(jìn)行氣象改正。

（3）不同廠家的全站儀采用的氣象改正方法也不同，氣象改正公式也不同，但原理相同，氣象改正可分為氣象元素改正法和實(shí)用改正法兩大類。氣象元素改正法是全站儀在測量作業(yè)同時測定大氣中的氣象元素并按照一定的氣象改正公式進(jìn)行測距改正和測角改正的方法。采用該方法需要配置高精度溫度計、氣壓計和濕度計，并進(jìn)行同步測量。

（4）實(shí)用改正法對氣象因素進(jìn)行改正的具體做法為利用基準(zhǔn)網(wǎng)的測量信息，用基線邊實(shí)時校準(zhǔn)，邊實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，無需測量氣象元素，從而簡化系統(tǒng)設(shè)備配置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時大氣折射率差分改正。穩(wěn)定可靠的監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)是實(shí)用法的基礎(chǔ)，因此，實(shí)用改正法較氣象元素改正法對基準(zhǔn)網(wǎng)提出了更高的要求。經(jīng)現(xiàn)場測試，采用實(shí)用改正法得到的監(jiān)測邊邊長和監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)同樣具有亞毫米級精度。

零漂改正是指為了克服傳統(tǒng)陸地重力梯度測量方法的不足，提出了利用兩臺或多臺具有電子讀數(shù)的相對重力儀測量重力梯度的同步觀測方法和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理模型，該方法無需進(jìn)行固體潮改正和零漂改正而直接求解重力差，垂直重力梯度實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。

重力梯度是重力位的二階導(dǎo)數(shù)，反映了地球重力場在全空間的變化率和水準(zhǔn)面的曲率，具有比重力本身更高的分辨率，能夠更好地反映場源體的細(xì)節(jié)和探測地下物質(zhì)的分布及界面起伏等。重力垂直梯度是重力梯度張量中最重要的分量，主要應(yīng)用于反演近地表異常物體、推求地球內(nèi)部重力。

加常數(shù)K產(chǎn)生的原因是由于儀器的發(fā)射面和接收面與儀器中心不一致，反光棱鏡的等效反射面與反光棱鏡的中心不一致，使得測距儀測出的距離值與實(shí)際距離值不一致。因此，測距儀測出的距離還要加上一個加常數(shù)K進(jìn)行改正。

加常數(shù)K改正值從儀器的檢測結(jié)果得來。加常數(shù)K與實(shí)測距離大小無關(guān)。

標(biāo)高差改正是三差改正之一，屬于大地測量學(xué)范疇，應(yīng)用于測繪領(lǐng)域。

中文名稱

標(biāo)高差改正

英文名稱

correction for skew normal

定　　義

將地面以橢球面法線為準(zhǔn)的水平方向觀測值歸算到橢球面上時，顧及照準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志的大地高對水平方向觀測值的影響所加的改正。

應(yīng)用學(xué)科

測繪學(xué)（一級學(xué)科），大地測量學(xué)（二級學(xué)科）