測距儀精密測距的幾個(gè)問題研究

孫艷崇

摘 ?要：測量地面上兩點(diǎn)連線長度是測量工作中最基本的任務(wù)之一，它是確定地面點(diǎn)的平面位置的要素之一。文章敘述了距離測量相關(guān)的外業(yè)實(shí)測方法和內(nèi)業(yè)計(jì)算的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：測距儀;精密測距;問題

中圖分類號：TH745.3 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2014）38-0067-02

1 ?電磁波測距原理

電測波測距是通過測定電磁波波束在待測距離上往返傳播的時(shí)間來確定待測距離的，如圖1所示，欲測量A、B兩點(diǎn)間的距離D，在A點(diǎn)安置電磁波測距儀，在B點(diǎn)設(shè)置反射棱鏡，測距儀發(fā)出的電磁波信號經(jīng)反射棱鏡反射，又回到測距儀主機(jī)。如果測定電磁波信號在A、B往返之間傳播的時(shí)間t，則距離D可按下式計(jì)算：

D=■C·t（1）

式（1）中，

C為電磁波在大氣中的傳播速度，約等于3×108 m/s;

t為電磁波往返傳播的時(shí)間。

2 ?精密測距的外業(yè)實(shí)施

2.1 ?觀測時(shí)間的選擇

①觀測時(shí)間的選擇應(yīng)考慮天氣的狀況和地形的起伏狀態(tài)，以及地面植被的覆蓋情況、地面的粗糙和風(fēng)速等原因。

②在平原或丘陵地區(qū)，天氣晴朗大氣透明度好時(shí)，各等級全站儀精密測距的最佳觀測時(shí)間是：上午日出后0.5～1.5 h，下午日落前3～0.5 h;在山地溝谷地區(qū)則應(yīng)選擇在下午日落前的時(shí)間觀測。

③陰天、有微風(fēng)時(shí)，全天可以觀測;雷雨前后，大霧、大風(fēng)、降水和大氣透明度較差時(shí)，一般不應(yīng)進(jìn)行精密距離測量。

2.2 ?距離測量的技術(shù)要求

正確安置測距儀和反射棱鏡，對中誤差應(yīng)不大于2 mm，量取測距儀和棱鏡高各兩次，讀至毫米，取平均值。

嚴(yán)格按照儀器操作程序作業(yè)，各種鍵、鈕的操作要輕柔。保證儀器周圍大氣流通性較好，晴天應(yīng)張傘遮陽。嚴(yán)禁將測距儀正對太陽，免得損壞儀器。

測距時(shí)在測線方向不應(yīng)有其它強(qiáng)反光體。任何時(shí)候，測距儀和反射棱鏡均要有人看守。

當(dāng)觀測數(shù)據(jù)超限時(shí)，應(yīng)重測整個(gè)測回（測回是指照準(zhǔn)目標(biāo)一次，讀數(shù)2～4次的過程），如觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)分群時(shí)，應(yīng)分析原因，采取相應(yīng)措施重新觀測。測距的技術(shù)要求應(yīng)符合的規(guī)定，技術(shù)要求規(guī)定見表1。

2.3 ?測定氣象要素

進(jìn)行電磁波測距的同時(shí)，也要測定各氣象要素，這樣可以依據(jù)氣象要素，依據(jù)計(jì)算公式進(jìn)行測距的大氣改正。氣象要素包括溫度、大氣壓強(qiáng)和空氣的絕對濕度。

絕對濕度是依據(jù)測定出空氣的干溫和濕溫后計(jì)算而得到的。測定各氣象要素時(shí)，其測量儀器應(yīng)放在置在離開地面和人體1.5 m以外的位置，且太陽光照射不到的地方。

觀測溫度時(shí)，其讀數(shù)的精度應(yīng)精確至0.2 ℃。觀測氣壓時(shí)，氣壓表必須放置平穩(wěn)，且指針可以自由活動(dòng)，其讀數(shù)應(yīng)精確至50 Pa。

對于四等及以上等級的控制網(wǎng)邊長測量，應(yīng)分別量取測距邊兩端點(diǎn)觀測始末的氣象數(shù)據(jù)，然后計(jì)算出各氣象要素改正數(shù)的平均值。各氣象要素測定完畢后可輸入全站儀進(jìn)行改正或通過計(jì)算公式手工進(jìn)行計(jì)算改正。

3 ?精密測距的內(nèi)業(yè)計(jì)算

地面上觀測的斜距，首先將斜距換算至平距，歸算至參考橢球面，投影至高斯平面等幾個(gè)步驟。這樣測距邊長就可以用于控制測量的平差計(jì)算。

3.1 ?斜距歸算至平距

野外觀測到的斜距為S，它是A、B兩點(diǎn)的直線距離，如圖2所示，將觀測斜距S歸化至水平距離時(shí)，首先確定邊長歸化的基準(zhǔn)高程面，因?yàn)橥队案叱堂孢x擇不同，化算出的平距值就不相同。

本文首先將斜距S化至A、B平均高程面上的平距DP，這對于以后的換算和往、返測觀測的較差檢核，都是便利的。

在控制測量中，觀測距離一般不超過10 km，所以可以用直線代替弧線，將地球表面看作是一個(gè)平面，其計(jì)算公式可分別按下列公式進(jìn)行：

DP=■ （2）

式（2）中，

DP為水平觀測的距離，m;

S為外業(yè)觀測的斜距，經(jīng)加常數(shù)和乘常數(shù)的改正，m;

h為全站儀與棱鏡間的高差，m。

3.2 ?平距歸算至測區(qū)平均高程面

有些時(shí)候，需要將測區(qū)內(nèi)所有的觀測平距對算到測區(qū)平均高程面上。此時(shí)應(yīng)按下式計(jì)算：

DH=DP■（3）

式（3）中，

DH為距離換算至測區(qū)平均高程面上的長度，m;

HP為測區(qū)的平均高程，m;

Hm為測距直線兩點(diǎn)的平均高程，m;

RA為地球平均曲率半徑，m。

3.3 ?平距歸算至參考橢球面

測距邊長度歸算到參考橢球面上，應(yīng)按下式計(jì)算：

D0=DP■（4）

式（4）中，

D0為測距邊化算到參考橢球面上的長度，m;

hm為測區(qū)大地水準(zhǔn)面超出考橢球面之間的距離，m。

4 ?結(jié) ?語

精密距離觀測誤差的大小同測量儀器的各項(xiàng)精度指標(biāo)、儀器本身的穩(wěn)定性、觀測時(shí)的外界條件以及觀測者操作儀器的熟練程度有著密切的關(guān)系。為了提高測距精度，必須正確地分析測距的誤差的各項(xiàng)來源，性質(zhì)和大小，從而采取一定的方法來減弱各項(xiàng)誤差的影響，使測距成果獲得最優(yōu)精度。在不同的時(shí)間（如白天與黑夜），不同的天氣（如陰天和晴天），具有一定的偶然性，有相互抵消的作用。因此，采取不同氣象條件下的多次觀測取平均值，也能進(jìn)一步削弱氣象代表性的誤差帶來的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林玉祥.控制測量[M].北京：測繪出版社，2013.

[2] 魯純.測量學(xué)[D].沈陽：東北大學(xué)，2012.