第8讲水平角测量误差分析共22页
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➢ 地面的尘埃之所以上升，主要是由于风的作用，即强烈的空气水 平气流和上升对流的结果，大量水蒸气也是水域和植被地段强烈升 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。因此一般来说，上午接近中午时大气透明度较差，午后随 着辐射减弱，水蒸气愈来愈少，尘埃也不断陆续返回地面，所以一 般在下午3h以后又有一段大气透明度良好的有利观测时间。
一、精密测角的误差影响
1. 外界环境的影响
（1）大气层密度的变化和大气透明度对目标成像质量的影响
1）大气层密度的变化对目标成像稳定性的影响
目标成像是否稳定主要取决于视线通过近地大气层（简称大气层） 密度的变化情况，如果大气密度是均匀的、不变的，则大气层就保 持平衡，目标成像就很稳定；如果大气密度剧烈变化，则目标成像 就会产生上下左右跳动。实际上大气密度始终存在着不同程度的变 化，它的变化程度主要取决于太阳造成地面热辐射的强烈程度以及 地形、地物和地类等的分布特征。
Leabharlann Baidu
图1
图2
图3
图4
➢ 视线在水平方向靠近某些实体会产生局部性水平折光影 响，如视线靠近岩石或在建筑物附近通过，因岩石等实体 比空气吸热快、传热也快，使岩石等实体附近的气温高、 密度小，所以也将使视线弯曲。在观测时，引起大气密度 分布不均匀的地形地物愈靠近测站，水平折光就愈大，在 图4中，由于山体靠近,所以方向的水平折光影响要比AB方 向大，即 1 2。
➢ 水平折光的影响是极为复杂的，为了在一定程度上削减 其对精密测角的影响，一般应采取必要的措施。在选点时， 应避免使视线靠近山坡、大河或与湖泊的岸线平行，并应 尽量避免视线通过高大建筑物、烟囱和电杆等实体的侧方。 在造标时应使橹柱旁离视线至少10cm，一般在有微风的时 候或在阴天进行观测，可以减弱部分水平折光的影响。
➢ 视准轴位置的变动可以由同一测回中照准同目标的盘左、盘右 读数的差数中看出，这个差数就是两倍视准轴误差，以2C表示。 如果没有由于仪器变形而引起的误差，则由每个观测方向所求得 的2C值与其真值之间只能有偶然性质的差异。但是经验证明，倘 若在连续观测几个测回的过程中温度不断变化，则由每个测回所 得的2C值有着系统性的差异，而且这个系统性的差异与观测过程 中温度的变化有着密切的关系。
（2）大气折光的影响
➢ 光线通过密度不均匀的空气介质时，经过连续折射后形成一条 曲线，并向密度大的一方弯曲，如图1所示。当来自目标的光线进 入望远镜时，望远镜所照准的方向为这条曲线在望远镜处的切线 方向，如图中的方向，这个方向显然不与这条曲线的弦线相一致 （一般称为理想的照准方向），而有一微小的交角，称为微分折 光。微分折光可以分解为纵向和水平两个分量，由于大气温度的 梯度主要发生在垂直面内，所以微分折光的纵向分量是比较大的， 是微分折光的主要部分。微分折光的水平分量影响着视线的水平 方向，对精密测角的观测成果产生系统性质的误差影响。
➢ 在精密工程测量中水平角观测还受到工程场 地的一些局部因素的影响。工业能源设施向大 气排放大量热气、烟尘，沥青、或水泥路面、 混凝土及金属构筑物等热量传导性能的改变， 水蒸气的蒸发与冷却的瞬变等，使测区处于瞬 变的微气候条件下。为了削减微气候条件构成 的水平折光影响，应根据测区微气候条件的实 际情况，选择最有利于观测的时间，将整个观 测工作分配在几个不同的时间段内进行。
➢ 水平折光的影响还随着大气温度的变化而不同。如白天在太阳 照射下的沙石地面气温上升决，密度小，水面上方气温上升慢， 密度大，如图2所示。但是在夜间沙石地面散热快，而水面的空气 散热慢，因此，白天和晚间的水平折光影响正好相反。如图3所示 点观测点，由于方向的右侧有河流，在白天观测时，视线凹向河 流，在晚间观测时，视线凸向河流，所以取白天和晚间观测成果 的平均值，可以有效地减弱水平折光的影响。
（3）照准目标的相位差
➢ 照准目标如果是圆柱形实体，如木杆、标心柱，则在阳光照 射下会有阴影，圆柱上分为明亮和阴暗的两部分如图5所示。视 线较长时往往不易确切地看清圆柱的轮廓线，当背景较阴暗时， 往往十字丝照准明亮部分的中线；当背景比较明亮时，十字丝却 照准了阴暗部分的中线，也就是说照准实体目标时，往往不能正 确地照准目标的真正中心轴线，从而给观测结果带来误差，这种 误差叫相位差。可知，相位差的影响随太阳的方位变化而不同， 在上午和下午，当太阳在对称位置时，实体目标的明亮与阴暗部 分恰恰相反，所以相位差影响的正负号也相反，因此，最好半数 测回在上午观测，半数测回在下午观测。
➢ 为了减弱这种误差的影响，在三角测量中一般采用微相位照 准圆筒。微相位照准圆筒的结构形式可参阅国家规范中的有关章 节。
图5
（4）温度变化的影响
➢ 如果在观测时仪器受太阳光的直接照射，则由于仪器的各部分 受热不均匀，膨胀也不相同，致使仪器产生变形，各轴线间的正 确关系不能保证，从而影响观测的精度，所以在观测时必须撑伞 或用测橹覆挡住太阳光对仪器的直接照射。但是，尽管仪器不直 接受太阳光的照 射，周围空气温度的变化也会影响仪器各部分发 生微小的相对变形，使仪器视准轴位置发生微小的变动。
➢ 假定在一个测回的短时间观测过程中，空气温度的变化 与时间成比例，那么可以采用按时间对称排列的观测程序 来削弱这种误差对观测结果的影响。所谓按时间对称排列 的观测程序，是假定在一测回的较短时间内，气温对仪器 的影响是均匀变化的，上半测回依顺时针次序观测各目标， 下半测回依逆时针次序观测各目标，并尽量做到观测每一 目标的时间间隔相近，这样做，上、下半测回观测每一目 标时刻的平均数相近，可以认为各目标是在同一平均时刻 观测的，这样可以认为同一方向上、下半测回观测值的平 均值中将受到同样的误差影响，从而由方向求角度时可以 大大削弱仪器受气温变化影响而引起的误差。
2）大气透明度对目标成像清晰的影响
➢ 目标成像是否清晰主要取决于大气的透明程度，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，除部分浮悬在大气中，经雨后才消失外，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 在大气中，因此尘埃和水蒸气对近地大气的透明度起着决定性作用。
一、精密测角的误差影响
1. 外界环境的影响
（1）大气层密度的变化和大气透明度对目标成像质量的影响
1）大气层密度的变化对目标成像稳定性的影响
目标成像是否稳定主要取决于视线通过近地大气层（简称大气层） 密度的变化情况，如果大气密度是均匀的、不变的，则大气层就保 持平衡，目标成像就很稳定；如果大气密度剧烈变化，则目标成像 就会产生上下左右跳动。实际上大气密度始终存在着不同程度的变 化，它的变化程度主要取决于太阳造成地面热辐射的强烈程度以及 地形、地物和地类等的分布特征。
Leabharlann Baidu
图1
图2
图3
图4
➢ 视线在水平方向靠近某些实体会产生局部性水平折光影 响，如视线靠近岩石或在建筑物附近通过，因岩石等实体 比空气吸热快、传热也快，使岩石等实体附近的气温高、 密度小，所以也将使视线弯曲。在观测时，引起大气密度 分布不均匀的地形地物愈靠近测站，水平折光就愈大，在 图4中，由于山体靠近,所以方向的水平折光影响要比AB方 向大，即 1 2。
➢ 水平折光的影响是极为复杂的，为了在一定程度上削减 其对精密测角的影响，一般应采取必要的措施。在选点时， 应避免使视线靠近山坡、大河或与湖泊的岸线平行，并应 尽量避免视线通过高大建筑物、烟囱和电杆等实体的侧方。 在造标时应使橹柱旁离视线至少10cm，一般在有微风的时 候或在阴天进行观测，可以减弱部分水平折光的影响。
➢ 视准轴位置的变动可以由同一测回中照准同目标的盘左、盘右 读数的差数中看出，这个差数就是两倍视准轴误差，以2C表示。 如果没有由于仪器变形而引起的误差，则由每个观测方向所求得 的2C值与其真值之间只能有偶然性质的差异。但是经验证明，倘 若在连续观测几个测回的过程中温度不断变化，则由每个测回所 得的2C值有着系统性的差异，而且这个系统性的差异与观测过程 中温度的变化有着密切的关系。
（2）大气折光的影响
➢ 光线通过密度不均匀的空气介质时，经过连续折射后形成一条 曲线，并向密度大的一方弯曲，如图1所示。当来自目标的光线进 入望远镜时，望远镜所照准的方向为这条曲线在望远镜处的切线 方向，如图中的方向，这个方向显然不与这条曲线的弦线相一致 （一般称为理想的照准方向），而有一微小的交角，称为微分折 光。微分折光可以分解为纵向和水平两个分量，由于大气温度的 梯度主要发生在垂直面内，所以微分折光的纵向分量是比较大的， 是微分折光的主要部分。微分折光的水平分量影响着视线的水平 方向，对精密测角的观测成果产生系统性质的误差影响。
➢ 在精密工程测量中水平角观测还受到工程场 地的一些局部因素的影响。工业能源设施向大 气排放大量热气、烟尘，沥青、或水泥路面、 混凝土及金属构筑物等热量传导性能的改变， 水蒸气的蒸发与冷却的瞬变等，使测区处于瞬 变的微气候条件下。为了削减微气候条件构成 的水平折光影响，应根据测区微气候条件的实 际情况，选择最有利于观测的时间，将整个观 测工作分配在几个不同的时间段内进行。
➢ 水平折光的影响还随着大气温度的变化而不同。如白天在太阳 照射下的沙石地面气温上升决，密度小，水面上方气温上升慢， 密度大，如图2所示。但是在夜间沙石地面散热快，而水面的空气 散热慢，因此，白天和晚间的水平折光影响正好相反。如图3所示 点观测点，由于方向的右侧有河流，在白天观测时，视线凹向河 流，在晚间观测时，视线凸向河流，所以取白天和晚间观测成果 的平均值，可以有效地减弱水平折光的影响。
（3）照准目标的相位差
➢ 照准目标如果是圆柱形实体，如木杆、标心柱，则在阳光照 射下会有阴影，圆柱上分为明亮和阴暗的两部分如图5所示。视 线较长时往往不易确切地看清圆柱的轮廓线，当背景较阴暗时， 往往十字丝照准明亮部分的中线；当背景比较明亮时，十字丝却 照准了阴暗部分的中线，也就是说照准实体目标时，往往不能正 确地照准目标的真正中心轴线，从而给观测结果带来误差，这种 误差叫相位差。可知，相位差的影响随太阳的方位变化而不同， 在上午和下午，当太阳在对称位置时，实体目标的明亮与阴暗部 分恰恰相反，所以相位差影响的正负号也相反，因此，最好半数 测回在上午观测，半数测回在下午观测。
➢ 为了减弱这种误差的影响，在三角测量中一般采用微相位照 准圆筒。微相位照准圆筒的结构形式可参阅国家规范中的有关章 节。
图5
（4）温度变化的影响
➢ 如果在观测时仪器受太阳光的直接照射，则由于仪器的各部分 受热不均匀，膨胀也不相同，致使仪器产生变形，各轴线间的正 确关系不能保证，从而影响观测的精度，所以在观测时必须撑伞 或用测橹覆挡住太阳光对仪器的直接照射。但是，尽管仪器不直 接受太阳光的照 射，周围空气温度的变化也会影响仪器各部分发 生微小的相对变形，使仪器视准轴位置发生微小的变动。
➢ 假定在一个测回的短时间观测过程中，空气温度的变化 与时间成比例，那么可以采用按时间对称排列的观测程序 来削弱这种误差对观测结果的影响。所谓按时间对称排列 的观测程序，是假定在一测回的较短时间内，气温对仪器 的影响是均匀变化的，上半测回依顺时针次序观测各目标， 下半测回依逆时针次序观测各目标，并尽量做到观测每一 目标的时间间隔相近，这样做，上、下半测回观测每一目 标时刻的平均数相近，可以认为各目标是在同一平均时刻 观测的，这样可以认为同一方向上、下半测回观测值的平 均值中将受到同样的误差影响，从而由方向求角度时可以 大大削弱仪器受气温变化影响而引起的误差。
2）大气透明度对目标成像清晰的影响
➢ 目标成像是否清晰主要取决于大气的透明程度，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，除部分浮悬在大气中，经雨后才消失外，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 在大气中，因此尘埃和水蒸气对近地大气的透明度起着决定性作用。