控制測量學觀測結果的化算

2022-12-07 23:36:04 字數 3535 閱讀 3058

觀測結果的化算

距離觀測值的化算,即將實測的距離初步值,加上各項改正之後,化算為兩標石中心投影在橢球面上的正確距離。這些改正大致可分三類:第一類是由儀器本身所造成的改正;第二類是因大氣折射而引起的改正,有氣象改正和波道彎曲改正;第三類是屬於歸算方面的改正,即歸心改正,傾斜改正和投影到橢球面上的改正,儀器加常數改正,週期誤差改正。

4.4.1 頻率改正

由相位式測距基本公式

4-30)

可以看出,若精測尺頻率有漂移,則(4-30)式中的精測尺長度就不准,測得的距離初步值必須加一頻率改正。頻率與距離的變化關係,可微分(4-30)式得

4-31)

可見,頻率變化對距離的影響是系統性的。頻率增大,測尺縮短,使量得的距離過

長,應加一負的改正。設精尺頻率的漂移值為,由此引起的距離改正為

4-32)

通常,精測尺頻率可通過檢測,用補償的辦法調整到規定的標準值,這時頻率改正就不必加了。但是,考慮到搬運振動,晶體老化等原因會導致頻率變化,因此作業前後常常要進行頻率對比,發現頻率變化過大時, >lohz,就要考慮對測得的距離加上頻率改正。

4.4.2 氣象改正

相位式測距基本公式(4-30)可進一步寫為

4-33)

式中 ——真空中的光速值;

——光波(或微波)沿測線傳播時的大氣折射率。

必須指出,在計算距離初步值時,亦即設計儀器精測尺長度時,常取標準或平均大氣條件下的折射係數。而實際的大氣折射率為,二者相差,由此引起距離改正為

4-34)

jcy-2型等雷射測距儀設計時採用的折射率值,就是標準大氣(=0oc, = 101.325kpa和=0)情況下群波折射率值,即1.00030023,而實際大氣的折射率為

4-35)

將上式結果1.00030023代入(4-34)式中便得到

4-36)

式中為水汽壓力,是空氣乾溫、濕溫及氣壓的函式

4-37)

按照馬格努斯經驗公式,當溼溫計的濕球不結冰時

4-38a)

當溼溫計的濕球結冰時

4-38b)

上述各式中、的一單位為kpa,和的單位為oc,的單位為mm,的單位為km。必須說明,以前氣壓計的單位一般為mmhg或mba(毫巴),現已禁止使用,若還使用舊儀表,則需將氣壓讀數單位換算成kpa後再按上述公式計算,其換算公式為

1mmhg=133.322pa=0.133322kpa』

1mba=105pa=100kpa

不難看出,氣象改正數隨溫度和氣壓的變化而變化,因此氣象元素(溫度和氣壓)最好是取測線上的平均值來計算。氣象改正數的計算方法有四種:

(1)直接按(4-36)式計算;

(2)按公式編制諾漠圖(如di1000);

(3)按公式編制計算用表(如jcy-2);

(4)按公式製成改正係數盤(如dcj-32)。

例如=30.9oc, =26.2oc, =100.525kpa, =10652.425m,則按(4-37)式計算氣象改正數為

=3.0787kpa

代入(4-36)式得

367.9mm

則經氣象改正後的距離為

10652.793m

4.4.3 波道彎曲改正

波道彎曲改正數包括兩個內容。其一是由於波道彎曲引起的弧長化為弦長的波道幾何改正。若以表示此改正數,則有

4-39)

式中——光波或微波的折射係數,它是地球曲率半徑與波道曲率半徑之比,即

——距離初步值。

其二是由於實際大氣折射係數僅用測線兩端的中值,而沒有採用嚴格沿波道上的積分平均值,因此產生了所謂折射係數的代表性改正。

圖4-17表示在地面上兩點之間進行電磁波測距的情況。兩點間的一條曲線,它的半徑等於地球半徑,故它的彎曲程度與地球表面基本一致。

測距時,通常在兩點上測定氣象元素,從而可計算出兩點上的折射係數,,取它們的平均值

由於虛線表示的曲線()與地球表面彎曲一致,只能表示沿虛線()上各點折射係數的平均值,而絕不能代表波道上各點折射係數的平均值。為了求出二者的差值,我們首先來計算波道()與虛曲線()之間的間距平均值

4-40)

為此採用辛普松近似積分公式得

4-41)

由圖4-17知,間距是二條曲線矢徑之差,即

4-42)

於是有4-43)

求得了間距平均值後,根據折射係數的垂直梯度等於曲率得出

4-44)

這樣一來,折射係數代表性誤差對距離的改正可按(4-34)式算得

4-45)

上式中各符號的意義與(4-42)式相同。波道彎曲改正為上述兩項改正之和,即

4-46)

因折射係數<1,故波道彎曲改恒為負值。可直接按上式計算,也可製表後查取。值常隨地點,時間的不同而異,其求定方法也有多種,此處不作贅述。

通常在白天,對於光波, =8,故=0.13;對於微波, =4,故=0.25。

在夜間,尤值還普遍高些。

設距離初步值為20km, =0.13,取= 6400km,則按(4-46)式計算得=-4mm。

4.4.4 歸心改正

在某些情況下,如覘標櫓柱遮擋了測距儀的視線,視線的中間有障礙物等,就要採用偏心觀測。圖4-18中,為測站,為鏡站,為欲測邊長,為偏心觀測站,它的偏心距為(量至公釐),偏心角為(自邊順時針起算,測至分)。設偏心時測得的距離初步值為,則加上歸心改正,便是欲測邊長,即=+。

由圖不難解得

4-47)

通常,不會很大(如在2m之內),而常超過1.5km,這種情況下,(4-47)式的第二項小於1mm,可以忽略,採用如下的簡化公式已足夠

4-48)

式中下標「1」表示測站偏心,「2」表示鏡站偏心。

4.4.5 傾斜改正和投影改正

經過以上各項改正之後,得到了兩點間的傾斜距離。最後,還要將這一斜距投影到參考橢球面上。圖4-19中為測距儀中心,它的海拔高程為,超出參考橢球面的高度為;為反射鏡中心,它的海拔高程和超出參考橢球面的高度分別為和。

未經投影的傾斜距離為,投影到參考橢球面上的長度為。由於距離和地球半徑相比較,顯然是乙個微小量,故可以將這一部分的參考橢球面視作圓球面。圓球的半徑是用測線方向地球曲率半徑代替。

圖4-18圖4-19

設弧長所對的圓心角為,則由平面三角的餘弦定理得

4-49)

另外,由圖可知

4-50)

合併(4-49)式和(4-50)式並作適當簡化後得

4-51)

式中 。

將(4-51)式展開經整理和略去微小項後可得

(4-52)

式中 。

對於高差不太大的非高原地區,上式可以略去三個小項,於是可得

4-53)

上式就是作業時常用的計算公式。右端第一項是由於高差而引起的傾斜改正,第二項是測線超出參考橢球面而引起的投影改正,而第三項就是弦長化為弧長的改正。

4.4.6 橢球面上水平距離的計算

設參考橢球面上的水平距離以表示,則

4-54)

式中為儀器常數,為儀器週期誤差改正。

應當指出,以上各項改正並非每項都要計算,根據儀器情況,邊的長短和測邊精度要求,有些項實際上不存在或本身過小而無需計算。屬於各測回不同的改正計算(如),必須在各測回內分別計算,而其餘的改正項各測回都是一樣的。則可在最後一次計算。

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