大气折光对水准测量的影响(如何解决大气折光误差对观测视线的影响)

导语：工程测量必须考虑的因素——大气折光

大气折光是光通过空气时因为密度的增加使速度降低（折射率增加）。大气折光在近地面时会产生海市蜃楼，让远方的物体出现或荡漾，和非幻觉的升高或降低，伸长或缩短。

它对雷达定位、多普勒测速、通信、导航都有影响，因此无论是天体或地面上物体位置的测量都需要考虑大气折射。当无线电波在不均匀介质中传播且其内部反射可忽略时，可以用几何光学近似方法对其进行研究。

大气折射

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。由于大气折射指数分布不同，射线在空间各处弯曲的方向和程度也有所不同，其主要考虑天顶距、气温、气压、湿度等因素的影响。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。

按影响的方向上分大气水平折光影响和大气垂直折光影响；按测量的因素来分，分为对测角的影响和测距的影响。

大气折光的影响

一、大气折光对水平角度的影响

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。

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。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。

二、大气折光对垂直角度的影响

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。

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。

三、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，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。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的弯曲 ,从而给观测结果带来影响。

四、大气垂直折光对水准测量的影响

大气折光对水准测量的影响

近地面处，大气在垂直方向上的密度变化相对较大，造成视线在垂直方向上往上或往下偏，称为大气垂直折光。垂直折光系数一般在 0.09-0.16 之间，平原地区短边导线可能出现负数。中午附近最小，较稳定；日出日落前后较大，变化快。

减弱措施：

1 前后视距尽量相等。

2 视线离开地面应有足够的高度。

3 在坡度较大的地段应适当缩短视线。

4 选择观测时间。日出后（日落前）半小时，及中午前后不要进行水准测量。

5 对向观测，提高观测视线高度，利用短边传算高程来减弱影响。

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