1、第第8 8講講 水平角測(cè)量誤差分析水平角測(cè)量誤差分析1.1.理解并掌握全站儀水平角測(cè)量過程中誤差產(chǎn)生的原因理解并掌握全站儀水平角測(cè)量過程中誤差產(chǎn)生的原因2.2.掌握全站儀水平角測(cè)量誤差消除的方法掌握全站儀水平角測(cè)量誤差消除的方法知識(shí)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：1.1.能夠正確使用全站儀進(jìn)行水平角測(cè)量能夠正確使用全站儀進(jìn)行水平角測(cè)量2.2.能夠根據(jù)全站儀測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因，采取有效措能夠根據(jù)全站儀測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因，采取有效措施避免或減弱誤差對(duì)測(cè)量成果所產(chǎn)生的影響施避免或減弱誤差對(duì)測(cè)量成果所產(chǎn)生的影響技能目標(biāo)：技能目標(biāo)：一、精密測(cè)角的誤差影響一、精密測(cè)角的誤差影響1. 外界環(huán)境的影響外界環(huán)境的影響（1大氣層

2、密度的變化和大氣透明度對(duì)目標(biāo)成像質(zhì)量的影響大氣層密度的變化和大氣透明度對(duì)目標(biāo)成像質(zhì)量的影響 1大氣層密度的變化對(duì)目標(biāo)成像穩(wěn)定性的影響大氣層密度的變化對(duì)目標(biāo)成像穩(wěn)定性的影響 目標(biāo)成像是否穩(wěn)定主要取決于視線通過近地大氣層簡稱大氣目標(biāo)成像是否穩(wěn)定主要取決于視線通過近地大氣層簡稱大氣層密度的變化情況，如果大氣密度是均勻的、不變的，則大氣層密度的變化情況，如果大氣密度是均勻的、不變的，則大氣層就保持平衡，目標(biāo)成像就很穩(wěn)定；如果大氣密度劇烈變化，則層就保持平衡，目標(biāo)成像就很穩(wěn)定；如果大氣密度劇烈變化，則目標(biāo)成像就會(huì)產(chǎn)生上下左右跳動(dòng)。實(shí)際上大氣密度始終存在著不目標(biāo)成像就會(huì)產(chǎn)生上下左右跳動(dòng)。實(shí)際上大氣密度始終

3、存在著不同程度的變化，它的變化程度主要取決于太陽造成地面熱輻射的同程度的變化，它的變化程度主要取決于太陽造成地面熱輻射的強(qiáng)烈程度以及地形、地物和地類等的分布特征。強(qiáng)烈程度以及地形、地物和地類等的分布特征。 2大氣透明度對(duì)目標(biāo)成像清晰的影響 目標(biāo)成像是否清晰主要取決于大氣的透明程度，也就是取決于大氣中對(duì)光線散射作用的物質(zhì)如塵埃、水蒸氣等的多少。塵埃上升到一定高度后，除部分浮懸在大氣中，經(jīng)雨后才消失外，一般均逐漸返回地面。水蒸氣升到高空后可能形成云層，也可能逐漸稀釋在大氣中，因此塵埃和水蒸氣對(duì)近地大氣的透明度起著決定性作用。 地面的塵埃之所以上升，主要是由于風(fēng)的作用，即強(qiáng)烈的空氣水平氣流和上升對(duì)流

4、的結(jié)果，大量水蒸氣也是水域和植被地段強(qiáng)烈升溫產(chǎn)生的，所以大氣透明度從本質(zhì)上說也主要決定于太陽輻射的強(qiáng)烈程度。因此一般來說，上午接近中午時(shí)大氣透明度較差，午后隨著輻射減弱，水蒸氣愈來愈少，塵埃也不斷陸續(xù)返回地面，所以一般在下午3h以后又有一段大氣透明度良好的有利觀測(cè)時(shí)間。 （2大氣折光的影響大氣折光的影響 光線通過密度不均勻的空氣介質(zhì)時(shí)，經(jīng)過連續(xù)折射后形成一條光線通過密度不均勻的空氣介質(zhì)時(shí)，經(jīng)過連續(xù)折射后形成一條曲線，并向密度大的一方彎曲，如圖曲線，并向密度大的一方彎曲，如圖1所示。當(dāng)來自目標(biāo)的光線進(jìn)所示。當(dāng)來自目標(biāo)的光線進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡時(shí)，望遠(yuǎn)鏡所照準(zhǔn)的方向?yàn)檫@條曲線在望遠(yuǎn)鏡處的切線入望遠(yuǎn)鏡時(shí)，望遠(yuǎn)

5、鏡所照準(zhǔn)的方向?yàn)檫@條曲線在望遠(yuǎn)鏡處的切線方向，如圖中的方向，這個(gè)方向顯然不與這條曲線的弦線相一致方向，如圖中的方向，這個(gè)方向顯然不與這條曲線的弦線相一致一般稱為理想的照準(zhǔn)方向），而有一微小的交角，稱為微分折一般稱為理想的照準(zhǔn)方向），而有一微小的交角，稱為微分折光。微分折光可以分解為縱向和水平兩個(gè)分量，由于大氣溫度的光。微分折光可以分解為縱向和水平兩個(gè)分量，由于大氣溫度的梯度主要發(fā)生在垂直面內(nèi)，所以微分折光的縱向分量是比較大的，梯度主要發(fā)生在垂直面內(nèi)，所以微分折光的縱向分量是比較大的，是微分折光的主要部分。微分折光的水平分量影響著視線的水平是微分折光的主要部分。微分折光的水平分量影響著視線的水平

6、方向，對(duì)精密測(cè)角的觀測(cè)成果產(chǎn)生系統(tǒng)性質(zhì)的誤差影響。方向，對(duì)精密測(cè)角的觀測(cè)成果產(chǎn)生系統(tǒng)性質(zhì)的誤差影響。 水平折光的影響還隨著大氣溫度的變化而不同。如白天在太陽照水平折光的影響還隨著大氣溫度的變化而不同。如白天在太陽照射下的沙石地面氣溫上升決，密度小，水面上方氣溫上升慢，密射下的沙石地面氣溫上升決，密度小，水面上方氣溫上升慢，密度大，如圖度大，如圖2所示。但是在夜間沙石地面散熱快，而水面的空氣散所示。但是在夜間沙石地面散熱快，而水面的空氣散熱慢，因而，白天和晚間的水平折光影響正好相反。如圖熱慢，因而，白天和晚間的水平折光影響正好相反。如圖3所示點(diǎn)所示點(diǎn)觀測(cè)點(diǎn)，由于方向的右側(cè)有河流，在白天觀測(cè)時(shí)，視

7、線凹向河流，觀測(cè)點(diǎn)，由于方向的右側(cè)有河流，在白天觀測(cè)時(shí)，視線凹向河流，在晚間觀測(cè)時(shí)，視線凸向河流，所以取白天和晚間觀測(cè)成果的平在晚間觀測(cè)時(shí)，視線凸向河流，所以取白天和晚間觀測(cè)成果的平均值，可以有效地減弱水平折光的影響。均值，可以有效地減弱水平折光的影響。圖1圖2圖3圖4 視線在水平方向靠近某些實(shí)體會(huì)產(chǎn)生局部性水平折光影響，如視線靠近巖石或在建筑物附近通過，因巖石等實(shí)體比空氣吸熱快、傳熱也快，使巖石等實(shí)體附近的氣溫高、密度小，所以也將使視線彎曲。在觀測(cè)時(shí)，引起大氣密度分布不均勻的地形地物愈靠近測(cè)站，水平折光就愈大，在圖4中，由于山體靠近,所以方向的水平折光影響要比AB方向大，即 。 水平折光的影

8、響是極為復(fù)雜的，為了在一定程度上削減其對(duì)精密測(cè)角的影響，一般應(yīng)采取必要的措施。在選點(diǎn)時(shí)，應(yīng)避免使視線靠近山坡、大河或與湖泊的岸線平行，并應(yīng)盡量避免視線通過高大建筑物、煙囪和電桿等實(shí)體的側(cè)方。在造標(biāo)時(shí)應(yīng)使櫓柱旁離視線至少10cm，一般在有微風(fēng)的時(shí)候或在陰天進(jìn)行觀測(cè)，可以減弱部分水平折光的影響。21 在精密工程測(cè)量中水平角觀測(cè)還受到工程場(chǎng)地的一些局部因素的影響。工業(yè)能源設(shè)施向大氣排放大量熱氣、煙塵，瀝青、或水泥路面、混凝土及金屬構(gòu)筑物等熱量傳導(dǎo)性能的改變，水蒸氣的蒸發(fā)與冷卻的瞬變等，使測(cè)區(qū)處于瞬變的微氣候條件下。為了削減微氣候條件構(gòu)成的水平折光影響，應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)微氣候條件的實(shí)際情況，選擇最有利于觀測(cè)

9、的時(shí)間，將整個(gè)觀測(cè)工作分配在幾個(gè)不同的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。圖5 假定在一個(gè)測(cè)回的短時(shí)間觀測(cè)過程中，空氣溫度的變化與時(shí)間成比例，那么可以采用按時(shí)間對(duì)稱排列的觀測(cè)程序來削弱這種誤差對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響。所謂按時(shí)間對(duì)稱排列的觀測(cè)程序，是假定在一測(cè)回的較短時(shí)間內(nèi)，氣溫對(duì)儀器的影響是均勻變化的，上半測(cè)回依順時(shí)針次序觀測(cè)各目標(biāo)，下半測(cè)回依逆時(shí)針次序觀測(cè)各目標(biāo)，并盡量做到觀測(cè)每一目標(biāo)的時(shí)間間隔相近，這樣做，上、下半測(cè)回觀測(cè)每一目標(biāo)時(shí)刻的平均數(shù)相近，可以認(rèn)為各目標(biāo)是在同一平均時(shí)刻觀測(cè)的，這樣可以認(rèn)為同一方向上、下半測(cè)回觀測(cè)值的平均值中將受到同樣的誤差影響，從而由方向求角度時(shí)可以大大削弱儀器受氣溫變化影響而引起的誤差。

10、根據(jù)這種誤差的性質(zhì)，如果在半測(cè)回中照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)保持照準(zhǔn)部向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則可以認(rèn)為各方向所帶誤差的正負(fù)號(hào)相同，由方向組成角度時(shí)就可以削減這種誤差影響，即使各方向所受誤差的大小不同，在組成角度中也只含有殘余誤差的影響，且其符號(hào)可能為正，也可能為負(fù)，而沒有系統(tǒng)的性質(zhì)。 如果在一測(cè)回中，上半測(cè)回順轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，依次照準(zhǔn)各方向，下半測(cè)回逆轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，依相反的次序照準(zhǔn)各方向，則在同一角度的上、下半測(cè)回的平均值中就可以很好地消除這種誤差影響。3. 照準(zhǔn)和讀數(shù)誤差的影響照準(zhǔn)和讀數(shù)誤差的影響 照準(zhǔn)誤差受外界因素的影響較大。例如目標(biāo)影像的跳動(dòng)會(huì)使照準(zhǔn)照準(zhǔn)誤差受外界因素的影響較大。例如目標(biāo)影像的跳動(dòng)會(huì)使照準(zhǔn)誤差增大好幾倍

11、，又如目標(biāo)的背景不好，有時(shí)也會(huì)增大照準(zhǔn)誤差誤差增大好幾倍，又如目標(biāo)的背景不好，有時(shí)也會(huì)增大照準(zhǔn)誤差甚至照準(zhǔn)錯(cuò)誤。因此除了選擇有利的觀測(cè)時(shí)間外，作業(yè)員認(rèn)真負(fù)甚至照準(zhǔn)錯(cuò)誤。因此除了選擇有利的觀測(cè)時(shí)間外，作業(yè)員認(rèn)真負(fù)責(zé)地進(jìn)行觀測(cè)，是提高精度的有效措施。責(zé)地進(jìn)行觀測(cè)，是提高精度的有效措施。 光學(xué)經(jīng)緯儀按接合法讀數(shù)時(shí)，讀數(shù)誤差主要表現(xiàn)為接合誤差，讀光學(xué)經(jīng)緯儀按接合法讀數(shù)時(shí)，讀數(shù)誤差主要表現(xiàn)為接合誤差，讀數(shù)精度主要取決于光學(xué)測(cè)微器的質(zhì)量，它受外界條件的影響較小。數(shù)精度主要取決于光學(xué)測(cè)微器的質(zhì)量，它受外界條件的影響較小。水平度盤對(duì)徑分劃接合一次中誤差水平度盤對(duì)徑分劃接合一次中誤差 可以由實(shí)驗(yàn)的辦法測(cè)定，對(duì)可

12、以由實(shí)驗(yàn)的辦法測(cè)定，對(duì)于于J1型經(jīng)緯儀型經(jīng)緯儀 ；對(duì)于；對(duì)于J2型經(jīng)緯儀型經(jīng)緯儀 。經(jīng)驗(yàn)證明，。經(jīng)驗(yàn)證明，采光的位置不適當(dāng)，會(huì)影響讀數(shù)顯微鏡正倒像的照明，使接合誤采光的位置不適當(dāng)，會(huì)影響讀數(shù)顯微鏡正倒像的照明，使接合誤差增大，若測(cè)微器的目鏡調(diào)節(jié)不佳也會(huì)增大接合誤差。差增大，若測(cè)微器的目鏡調(diào)節(jié)不佳也會(huì)增大接合誤差。 此外，對(duì)于具有偶然性質(zhì)的讀數(shù)誤差和照準(zhǔn)誤差，還可以用多余此外，對(duì)于具有偶然性質(zhì)的讀數(shù)誤差和照準(zhǔn)誤差，還可以用多余觀測(cè)的辦法來削弱其影響，如接合讀數(shù)兩次和多于一個(gè)測(cè)回的觀觀測(cè)的辦法來削弱其影響，如接合讀數(shù)兩次和多于一個(gè)測(cè)回的觀測(cè)，都是提高觀測(cè)質(zhì)量的措施。為了提高照準(zhǔn)精度，有時(shí)對(duì)同一測(cè)，

13、都是提高觀測(cè)質(zhì)量的措施。為了提高照準(zhǔn)精度，有時(shí)對(duì)同一目標(biāo)可以連續(xù)照準(zhǔn)兩次，取兩次照準(zhǔn)的讀數(shù)平均數(shù)，不僅可以削目標(biāo)可以連續(xù)照準(zhǔn)兩次，取兩次照準(zhǔn)的讀數(shù)平均數(shù)，不僅可以削弱照準(zhǔn)誤差的影響，同時(shí)還可以削弱接合誤差的影響。弱照準(zhǔn)誤差的影響，同時(shí)還可以削弱接合誤差的影響。接m3 . 0 接m1 接m觀測(cè)應(yīng)在目標(biāo)成像清晰、穩(wěn)定的有利于觀測(cè)的時(shí)間進(jìn)行，以提高照準(zhǔn)精度和減小旁折光的影響。觀測(cè)前應(yīng)認(rèn)真調(diào)好焦距，消除視差。在一測(cè)回的觀測(cè)過程中不得重新調(diào)焦，以免引起視準(zhǔn)軸的變動(dòng)。各測(cè)回的起始方向應(yīng)均勻地分配在水平度盤和測(cè)微分劃尺的不同位置上，以消除或減弱度盤分劃線和測(cè)微分劃尺的分劃誤差的影響。在上、下半測(cè)回之間倒轉(zhuǎn)望

14、遠(yuǎn)鏡，以消除和減弱視準(zhǔn)軸誤差、水平軸傾斜誤差等影響，同時(shí)可以由盤左、盤右讀數(shù)之差求得兩倍視準(zhǔn)軸誤差2C，借以檢核觀測(cè)質(zhì)量。4. 精密測(cè)角的一般原則精密測(cè)角的一般原則上、下半測(cè)回照準(zhǔn)目標(biāo)的次序應(yīng)相反，并使觀測(cè)每一目標(biāo)的操作時(shí)間大致相同，即在一測(cè)回的觀測(cè)過程中，應(yīng)按與時(shí)間對(duì)稱排列的觀測(cè)程序，其目的在于消除或減弱與時(shí)間成比例均勻變化的誤差影響，如覘標(biāo)內(nèi)架或三腳架的扭轉(zhuǎn)等。為了克服或減弱在操作儀器的過程中帶動(dòng)水平度盤位移的誤差，要求每半測(cè)回開始觀測(cè)前，照準(zhǔn)部按規(guī)定的轉(zhuǎn)動(dòng)方向先預(yù)轉(zhuǎn)12周。使用照準(zhǔn)部微動(dòng)螺旋和測(cè)微螺旋時(shí)，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進(jìn)。為了減弱垂直軸傾斜誤差的影響，觀測(cè)過程中應(yīng)保持照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器氣泡居中。1什么是全站儀的三軸誤差？如何測(cè)定？它們對(duì)水平角觀測(cè)有何影響？在觀測(cè)時(shí)采用什么措施來減弱或消除這些影響？ 2用兩個(gè)度盤位置取平均值的方法消除視準(zhǔn)軸誤差影響的前提條件是什么?3垂直軸傾斜誤差的影響能否用兩個(gè)度盤位置