试论精密跨河水准测量的大气垂直折光问题①

曾翔

摘   要：本文对跨河水准测量过程中精确程度提升的情况下关注其中所包含着的大气垂直折光系数的计算问题，在对这些问题讨论及精度分析的基础上，主要是在跨河水准测量垂直角的实际观测资料的基础上对大气垂直折光系数进行计算，从而对跨河水准测量大气垂直折光问题实施探讨，明确得出结论。

关键词：精密跨河水准测量  大气  垂直折光问题

中图分类号：P421                                   文献标识码：A                        文章編号：1674-098X（2019）09（a）-0014-02

大气垂直折光问题属于测量工作中的难题，当前没有能够比较精确有效的方式得出折光系数数值，利用跨河水准测量中对垂直角资料实际观测过程中大气垂直折光系数求值。在经济建设发展的过程中，大型桥梁工程建设的时候，在实施大坝安全监测的时候，由于跨河水准测量在河面较宽的时候主要采用经纬仪倾角法，用两台经纬仪在江河两岸观测，由于当前有比较多的垂直角实际观测资料，在对这些观测资料应用的情况下得出这一地区更对高精度的大气垂直折光系数。利用跨河水准测量的观测成果进行折光系数计算，这一方式也就相当于中间法的三角高程测量，由于大量观测的垂直角，垂直角的观测精度能够保证在1以内误差的情况下，可以使得大气垂直折光系数的精度具有比较可靠的保证。

1  跨河精密水准测量的方法

跨河水准测量属于大地测量和控制测量等过程中对跨越的江河水域实施精密高程传递的方式，跨河水准测量的方法包含着光学测微法和经纬仪倾角法及测距三角高程法等。在国家一、二等水准测量规范的过程中红，对长距离的跨河水准测量场所进行选择和作业措施等方面也存在着相对应的规定，这些规定能够对跨河水准测量的实施精度提供必要保障。在工程测量中利用跨河水准测量方法也会较为普遍。尤其是特大跨径桥梁建设的时候，其中所采取的跨河水准测量技术是对桥梁工程质量保障的重要基础，必须对跨河水准测量技术有效改进和提高，有效提升水准测量的数据质量和精度[1]。

1.1 倾斜螺旋法

所谓倾斜螺旋法是用水准仪的倾斜螺旋使得视线可以倾斜地照准对岸水准标尺上特制觇板的标志线，在视线的倾角和标志线间的距离确定的情况下得出水平视线在对岸水准标尺基础上得到的精确读数。视线的倾角可以利用倾斜螺旋分划鼓的转动格数或用水准器气泡偏离中央位置的格数等有效确定。

1.2 GPS水准法

GPS技术是在当前技术发展的基础上兴起的将卫星作为基础的无线电导航和定位技术，GPS技术被广泛应用到测绘行业的各个领域中，GPS在高程控制测量的时候，其仍然处于探索的阶段中，而生产实践的过程中也需要这一技术可以对CPS高程应用问题加以解决在促使GPS大地高高差与水准高差对比分析的情况下，对GPS大地高高差代替水准高差探索提供重要基础[2]。

2  利用跨河水准测量成果进行大气垂直折光系数计算

在跨河水准测量的时候，由于测站仪器离远和近标尺的距离之间差距比较大的情况下，通常近标尺处于10m左右，而远标尺能够达2km，因此在视线跨越水面的时候，大气垂直折光的影响也会更加明显，由于当前双测回需要在测量的时候进行两岸同时观测处理，在结束之后可以保障两岸的视线所受大气垂直折光的影响能够保持一致。

2.1 精密水准测量的测前场地选择

首先需要选择河流最窄的位置进行场地布设处理，使得跨越视线能够保持最短，有利于提升测量精度，跨河水准测量的高差中误差与视线的长度之间具有正比关系，测量的测回数在视线长度增加的基础上也会得以增加，在视线缩短的时候是为了使工作量得到减少。跨河视线尽可能不要通过草地和两岸由仪器至水边的距离应大致相等，地貌等相似程度比较高，不能靠近墙壁及砖堆等，每一个位置的折光差始终取决于最接近仪器的距离上的大气垂直温度梯度，两端测量时的折光差容易使得测量结果出现系统性误差[3]。

2.2 具体计算分析

某大坝一等跨河水准测量应用的方式主要是经纬仪倾角法，I1、I2为跨河仪器观测站在构建观测墩的基础上，将b1和b2设置为跨河立尺点，其中d1=11.99m，d2=11.98 m，S=536.5m，S′=b1I2。在6个光段观测的时候，28个测回。每个双测回主要是两台T3经纬仪同时观测6组，根据所观测的远和近标尺的垂直角及跨河水准测量得出b1和b2点间的高差平均值或根据一等水准环线得出b1和b2 点间的高差，即可得出大气垂直折光系数。因为近标尺到仪器站仅仅为12m，大气垂直折光可以能够忽略不计。

由三角高程测量的基本公式可得

为b1和I1两点间的高差，而S是I1b2的长度;d1是I1b1的长度其中a为远标尺的垂直角，r则显示为近标尺的垂直角，h为跨河水准点间的高差。由跨河水准测量的成果计算每一测回的大气垂直折光系数及对岸观测大气垂直折光系数。

3  结语

以上在对利用跨河水准的资料进行大气垂直折光系数计算方式分析的过程中能够有效得出实施跨河水准测量的时候可以利用提高视线和共同观测及视线高度基本一致等方式有效减少大气垂直折光所产生的误差影响。通过对武汉长江河床工程的跨河水准测量的施测处理，能够得出当前跨河水准测量的观测时减少大气垂直折光的影响所需要注意的事项主要是在实施一双测回的观测的时候需要充分做到同时开始和结束，促使观测速度保持一致。在温度出现较大变化和气流较强的情况下，河面的大气垂直折光变化也明显更快，需要停止观测，且需要尽可能在阴天及微风的情况下观测，这一时期的结果更加稳定，而折光系数与视线离地面的高度之间具有联系，这就需要提高视线的高度，在多次观测的时候，需要选择在每年的同一季节实施，尽可能使得观测受到的外界影响条件相同，从而获取理想的观测效果[4]。

参考文献

[1] 郝旦，王芬.自动照准全站仪精密三角高程测量在跨河水准测量中的应用[J].测绘通报，2019（3）：159-162.

[2] 张腾飞，陈永军，张传帅，等.精密三角高程在长距离一等跨河水准测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2018，41（9）：203-206.

[3] 白怀明，王军.精密跨河水准测量误差分析及改进措施[J].山东水利，2016（12）：31-32.

[4] 王语.跨河精密水准测量研究[J].河南科技，2015（22）：140-141.