高級電子應(yīng)用工程師評職論文發(fā)表范文

　　【摘要】本文針對東港測區(qū)，地處沿海，霧氣彌漫，風(fēng)力偏大，水系發(fā)育，外業(yè)觀測條件差這一特殊地理環(huán)境，利用現(xiàn)有的儀器設(shè)備，解決了儀器高和覘標(biāo)高的量測問題，并測算出該測區(qū)的大氣折光系數(shù)K=-0.534(常規(guī)的K=+0.13)，實(shí)現(xiàn)了光電測距三角高程代替四等水準(zhǔn)測量，從而使平面測量和高程控制同步進(jìn)行，提高了工作效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　【關(guān)鍵詞】光電測距,四等水準(zhǔn)測量,大氣折光系數(shù)

　　東港測區(qū)位于遼東半島，黃海之濱，其地理坐標(biāo)為：東經(jīng)124°05′—124°12′，北緯39°50′—39°54′，其面積約為200平方公里，由于受海洋性氣候的影響，蒙氣差和四季風(fēng)力都較大，屬水系發(fā)育的沼澤地帶，當(dāng)高程采用水準(zhǔn)測量時(shí)，因觀測條件的限制很不方便。

　　一、對向測距三角高程測量

　　如圖所示，為了求AB兩點(diǎn)間高差，分別在A、B點(diǎn)設(shè)站，對向觀測垂直角和丈量邊長。

　　同時(shí)測定測站和鏡站的氣壓值和溫度值，

　　并量測出儀器高和覘標(biāo)高。

　　1、光電測距的觀測方法

　　采用對向光電測距，單向邊

　　長丈量，用日產(chǎn)RED-2L測距儀

　　二測回觀測，每測回四次讀數(shù)，

　　同時(shí)在測站和鏡站測量溫度和氣壓值，

　　其平均值為該邊的氣象元素。

　　由于測區(qū)蒙氣較大，為了提高照準(zhǔn)精度，一方面采取限制測距邊長，使測區(qū)的邊長控制在1000m以內(nèi)，平均邊長約為500m;另一方面充分利用儀器信號的綠色區(qū)域，保證反射信號有足夠的強(qiáng)度。

　　2、垂直角的觀測方法

　　垂直角觀測，采用010B經(jīng)緯儀，正、倒鏡兩測回觀測，在仔細(xì)照準(zhǔn)觀測目標(biāo)，認(rèn)真讀數(shù)時(shí)，同時(shí)注意了以下四點(diǎn)：

　　(1)消除視差

　　做到物鏡調(diào)焦在目鏡調(diào)焦之后進(jìn)行，如果二者處理不好，視差會(huì)影響照準(zhǔn)目標(biāo)的精度，同時(shí)注意了在一測回內(nèi)不進(jìn)行調(diào)焦，以避免由于調(diào)焦引起照準(zhǔn)軸的間隙變化。

　　(2)保證視線有足夠的高度

　　因?yàn)楣庠诖髿庵袀鞑?，?huì)受到水蒸氣、灰塵等影響，特別是視線愈貼近地面，空氣湍動(dòng)越大，灰塵就愈多，勢必影響目標(biāo)成象的清晰度，而影響觀測成果，由于受蒙氣差較大的影響，當(dāng)觀測目標(biāo)在望遠(yuǎn)鏡上呈S形跳動(dòng)時(shí)，立即停止觀測，儀器高度和覘標(biāo)高度均保持在1.50m以上。

　　(3)增加目標(biāo)的照準(zhǔn)精度

　　由于照準(zhǔn)目標(biāo)的精度，不僅與觀測者的視力有關(guān)，還與被照準(zhǔn)目標(biāo)的大小、形狀和亮度及背景有關(guān)，針對光電測距三角高程短邊、低覘標(biāo)的特點(diǎn)，為提高垂直角的觀測精度和增加目標(biāo)的照準(zhǔn)精度，對覘板進(jìn)行了改造，選擇一節(jié)紅、白相間長度為20cm的木質(zhì)花桿棒，用鋼鋸精心截取長度，中間開一槽，兩邊各削5cm長的平面，并用木螺絲將其固定在覘板的背面，并使垂直角的觀測標(biāo)志中心與花桿棒的橫中心線重合，用水準(zhǔn)儀檢測其水平度，用帶有毫米分劃的小鋼卷尺檢測其

　　長度，覘板改造如圖(2)所示。

　　3、儀器高和覘標(biāo)高的量取

　　光電測距三角高程能否代替四等水準(zhǔn)測量，

　　除提高垂直角的觀測精度外，儀器高和覘標(biāo)高的量取也是重要的環(huán)節(jié)，由于受到腳架的影響，儀器高和覘標(biāo)高不能直接量取，對經(jīng)緯儀和改造后的覘板采用了三角形法間接丈量，其方法如下：

　　(1)覘標(biāo)高的量取

　　將覘板基座的園水準(zhǔn)氣泡整平后，以改造后覘板上花桿棒一端的橫中心線和標(biāo)石中心為準(zhǔn)，用小鋼尺精確丈量其長度，取兩次丈量的平均值為測量值0A,由直角△AOB得：覘標(biāo)高OB的長度， OB =OA -AB ,其中AB的長度為定值10cm,如圖(3)所示。

　　(2)儀器高的量取

　　將經(jīng)緯儀整平后，將望遠(yuǎn)鏡放置水平位置，量取測站點(diǎn)至望遠(yuǎn)鏡目鏡中心的距離。圖(4)中，D為目鏡中心，E為十字絲的交點(diǎn)，C為測站點(diǎn)的標(biāo)石中心，由直角△DEC得: 儀器高CE的長度，CE =CD -DE ,其中DE的長度為一常數(shù)(010B經(jīng)緯儀為0.09cm)。

　　用上述方法量取的儀器高和覘標(biāo)高，我們曾用水準(zhǔn)儀進(jìn)行了檢測，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下：水準(zhǔn)測量的儀器高為1.318cm，三角形法量測的儀器高為1.317cm，水準(zhǔn)測量覘標(biāo)高為1.397cm, 三角形法量測的覘標(biāo)高為1.396cm。

　　三、大氣折光系數(shù)的測算

　　在采用光電測距三角高程代替四等水準(zhǔn)測量時(shí)，當(dāng)采用常規(guī)大氣折光系數(shù)K(K=+0.13)，計(jì)算兩差改正時(shí)發(fā)現(xiàn)，各邊的直返覘高差往往超限，而組成環(huán)形網(wǎng)時(shí)，其網(wǎng)的高程閉合差卻符合四等水準(zhǔn)測量的規(guī)范要求。且呈現(xiàn)出邊長的負(fù)高差的絕對值大于正高差，在我們采用全測區(qū)70條光電邊的往返高差(未加兩差改正)計(jì)算出的K值(K=-0.5)計(jì)算各邊的兩差改正值，再計(jì)算高差時(shí)，各邊的直返覘高差之差。有95%以上附合限差要求，同時(shí)，各網(wǎng)的高程閉合差也附合四等水準(zhǔn)的測量要求。就計(jì)算的理論依據(jù)和方法作如下說明：

　　1、理論依據(jù)

　　由于低覘標(biāo)(1.5m)視線靠近地面，受擾動(dòng)層空氣密度的反常影響，在炎熱、水網(wǎng)密集的平原地區(qū)，視線不是微向地面彎曲，而是背離地面彎曲，即大氣折光系數(shù)K為負(fù)值。

　　這是由于在通常情況下：地球表面空氣的密度與離開地面的垂直距離成反比，由折射理論可知，當(dāng)光線穿過密度不同的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)折向密介質(zhì)一邊，光線穿過大氣層后，成為一條微向地面彎曲的曲線，但在天氣炎熱時(shí)，地面溫度高于空氣溫度時(shí)，形成一個(gè)局部的溫度梯度，而氣體的密度大小與溫度成正比，溫度越高，密度越小，在靠近地面數(shù)米或十幾米的范圍內(nèi)形成了一個(gè)與正常情況相反的反?？諝鈱?，在這個(gè)反常層內(nèi)視線是背離地面彎曲，K值為負(fù)值。

　　2、計(jì)算公式：

　　三角高程的計(jì)算公式為：

　　h=S*tga+i-T+C --------------- (1)

　　設(shè)h1、h2為未經(jīng)兩差改正的直、返覘高差

　　則：h= h1+C,h=h2 +C ------------- (2)

　　由h= (h1-h2) /2→(h1-h2) /2= h1+C→C= -(h1+h2 )/2

　　因：C=(1-K/2R)*S2 -------------- (3)

　　得：(1-K/2R)*S2 =- (h1+h2) /2

　　K=1+ (h1+h2 /S2)*R -------------- (4)

　　這就是根據(jù)未加兩差改正的直返覘高差大氣折光系數(shù)K的計(jì)算公式。

　　3、K值計(jì)算：

　　對測區(qū)內(nèi)80條邊，用未加兩差改正的直返覘高差計(jì)算K值的公式，對每條邊的K值進(jìn)行計(jì)算，按概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理，對這組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過兩差改正后每條邊的負(fù)高差的絕對值都大于正高差，為提高大氣折光系數(shù)的精度，對因觀測條件不理想邊長的K值，將變化較大的K值剔除后，選擇了K值在-0.90~-0.20之間的62條邊，取K值的算術(shù)平均值為測區(qū)大氣折光系數(shù)，K= -0.534，為使用方便K值取用值為-0.5。

　　四、高程網(wǎng)平差

　　將各邊長進(jìn)行乘、加常數(shù)和氣象改正及傾斜改正后，并將高差按K=-0.50進(jìn)行兩差改正后，其高程網(wǎng)的各邊直、返覘高差較差和高差的環(huán)形閉合差均在≤城市測量規(guī)范≥規(guī)定的限差之內(nèi)。

　　采用武漢測繪科技大學(xué)的水準(zhǔn)網(wǎng)嚴(yán)密平差計(jì)算程序，將各高程網(wǎng)進(jìn)行了嚴(yán)密平差計(jì)算，以平差后的精度為指標(biāo)與≤城市測量規(guī)范≥相比較，高程網(wǎng)達(dá)到了四等水準(zhǔn)測量的精度要求，其高程網(wǎng)精度見表(1)：

　　而后，我們在全測區(qū)選擇了8條具有一定代表性的邊，按四等水準(zhǔn)測量的精度進(jìn)行檢測，其光電測距三角高程高差與水準(zhǔn)測量高差相比較均在0.4mm之內(nèi)。

　　五、誤差分析

　　對向光電測距三角高程往返高差中數(shù)中誤差公式為：

　　m2h=S2(ma/ρ)2+tg2α* m2s+(S2/4R)2*m2△k+(m2i+m2T)+S2*(m△u/ρ)2---(5)

　　在上式中S為導(dǎo)線邊水平距離，α為垂直角，R為地球平均曲率半徑，△u為導(dǎo)線兩端點(diǎn)的垂線偏差分量之差，ma、ms 、mi 、mT 、m△k 和m△u分別為垂直角觀測誤差、邊長丈量誤差、儀器高量高誤差、覘標(biāo)高量高誤差、大氣折光系數(shù)變化誤差和垂線偏差。

　　由(5)式可知，光電測距三角高程受上述垂直角觀測等五項(xiàng)誤差的影響，現(xiàn)以J2型經(jīng)緯儀對向觀測兩測回為例，加以討論。

　　1、垂直角的觀測誤差

　　它包括照準(zhǔn)誤差、度盤和測微器分劃誤差、讀數(shù)誤差和指標(biāo)水準(zhǔn)器置中誤差，鐵道部第四勘察設(shè)計(jì)院根據(jù)3156個(gè)垂直角中算法已測回觀測值計(jì)算得出，垂直角一測回中誤差約為±2.95秒。

　　2、測距誤差

　　目前測距儀精度較高，據(jù)多臺(tái)測距儀的檢定結(jié)果，對標(biāo)稱精度為5mm+5PPm*D的中等精度測距儀來說，取測距儀的標(biāo)稱精度作為邊長的測量誤差是安全可靠的。

　　3、量高誤差

　　根據(jù)上述三角形法丈量的儀器高和覘標(biāo)高與水準(zhǔn)標(biāo)尺法量測的儀器高和覘標(biāo)高相比較表明，量高精度可達(dá)到±2mm。

　　4、大氣折光系數(shù)K的誤差

　　折光系數(shù)K受地形、地物、觀測時(shí)間、視線高度和大氣條件等因素的影響，當(dāng)往、返觀測條件存在差異時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生折光系數(shù)差，經(jīng)過本次作業(yè)試驗(yàn)表明，該項(xiàng)誤差是影響三角高程精度的主要因素。

　　5、垂線偏差誤差

　　此誤差是觀測視線上垂線偏差非線性變化引起的，平原地區(qū)垂線偏差分量值約為±1.0，山區(qū)約為±5.0，但垂線差對于對向觀測來說，影響是比較小的。

　　主要參考文獻(xiàn)：

　　1. 電磁波測距三角高程測量，鄭漢球編著，北京，地質(zhì)出版社，1993.05

　　2. 高等應(yīng)用測量，陳永奇等編著，武昌，武漢測繪科技大學(xué)出版社，1996.12

　　3. 大地測量學(xué)基礎(chǔ)，孔祥元等編著，北京，測繪出版社，2005.12

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