外业观测过程与方法，测量基础与实训成果

电磁波测距三角高程测量的外业工作一般紧随平面控制测量（或碎部测量）同时进行。关于距离测量的方法已在项目5中专门叙述，这里主要介绍垂直角的观测和大气折光系数的确定方法等内容。

1.垂直角的观测

垂直角的观测方法除了之前介绍的中丝法之外，还可以用三丝法进行观测，以便提高效率。中丝法观测计算的过程在项目4任务5中已详细介绍，这里不再赘述。图7-38（a）、图7-38（b）所示分别是中丝法盘左、盘右观测瞄准示意图。

三丝法是以上、中、下三条水平横丝依次照准目标进行读数记录与计算的方法。完成一个测回的观测程序如下：

盘左位置，如图7-39（a）所示，按上、中、下三条水平横丝依次照准同一目标各一次，分别进行垂直度盘读数，取平均值得盘左读数L。

图7-38　中丝法观测

图7-39　三丝法观测

盘右位置，如图7-39（b）所示，按上、中、下三条水平横丝依次照准同一目标各一次，分别进行垂直度盘读数，取平均值得盘右读数R。

指标差和垂直角的计算同样根据仪器度盘的注记形式，参照项目4任务5进行。

实际中一般对各个方向分别照准，依次观测。如果一个测站上观测的方向太多，也可将观测方向分成若干组，每组包括2～4个方向，分别进行观测。

2.大气垂直折光系数k和球气差系数联合改正C的确定

大气垂直折光系数k，对于全站仪除了仪器本身的载波信号之外，还随季节、时间、地区、地点、气候、地面覆盖物和视线超出地面高度等条件不同而变化，要准确测定它的数值大小，目前尚有困难。通过实验发现，系数k在一天内的变化，大致在中午最小，也较稳定；在日出、日落时最大，变化也快。因而垂直角的观测时间最好在地方时10：00—16：00之间，此时系数k在0.08～0.14之间。图7-40所示为根据系数k计算的系数C在一天内随时间变化的曲线。不少单位对系数k进行过大量的测量计算和统计工作，例如某单位根据16个测区的资料统计，得出系数k=0.107^[2]。在实际作业中，往往不是直接测定系数k，而是先设法确定系数C，再根据求取系数k。因为平均曲率半径R对一个小测区来说是一个定值，所以确定了系数C，系数k也就知道了。实践表明，k=R/r恒小于1，故系数C恒为正值，其数量级如图7-40所示。

图7-40　系数C在一天内随时间变化的曲线

下面介绍确定系数C的两种方法。

（1）根据水准测量的观测成果确定系数C。

先用水准测量方法测得两点之间的正确高差h，再用三角高程方法观测，按式（7-27）计算两点之间的高差，如果所取的C值正确，也应该得到相同的高差值，即有(www.xing528.com)

式中仅包括一个未知数C，解此方程就可以得到C值。实际中可多布置几条测线进行观测，最后取平均值以获得较为准确的结果。

（2）根据同时对向观测计算系数C。

设两点间的正确高差为h，同时对向观测的高差分别为h1-2和h2-1，因为是同时观测，可以认为C1=C2=C。即

将上两式相加，即可解得系数C：

无论用哪一种方法，都不能根据一两次测定的结果确定一个地区的平均大气垂直折光系数，而必须在不同季节、不同时间、不同地点进行大量野外观测，并对这些数据进行分析处理，然后取平均值才较为可靠。

3.仪器高、目标高测量

根据三角高程测量的高差计算公式可知，测量中必须测量仪器高度i和目标高度l。仪器高i指安置好的仪器中心至地面标志点的距离，目标高l指仪器中横丝瞄准的目标位置到地面标志点的距离。一般等级（如四等以下）的三角高程测量时，用小钢尺丈量读数至毫米，丈量时需从三个不同方位量测，互差最大不超过3 mm，而且在仪器观测开始与观测结束时分别各量测一次，注意要将这些读数全部记录下来再取平均值。

但实际测量时，受三脚架的影响，量取仪器中心或棱镜中心到地面标志点的距离并不方便，精度也不高（含系统误差影响）。如果是高等级的精密三角高程测量，则可采用类似水准测量的方法精密测量仪器高。测量的示意图如图7-41所示。

图7-41　测量仪器高

以全站仪作为水准仪进行水准测量。如图7-41（a）所示，仪器安置在控制点M处，在仪器不远处选取过渡点N，并在N点竖立标尺。瞄准N位置标尺，通过调节望远镜的上下微动旋钮使显示屏垂直度盘示数为90°，此时认为视准轴处于水平位置，在标尺上读取示数a′，为消除垂直度盘指标差影响，用盘右270°位置读取示数a″，取a′、a″的平均值为a。再将仪器移至如图7-41（b）所示位置，分别用盘左、盘右位置测得视线水平时的读数b′、b″，及c′、c″，取各自的平均值得b、c。根据一站式水准测量的高差计算方法，得仪器高i为

对于目标高的测量，可按如下方法进行：分别用盘左、盘右瞄准棱镜观测，读取示数之后，在目标控制点上换上一把水准标尺，调节望远镜，用盘左、盘右对应相同的垂直度盘示数瞄准棱镜，分别读取仪器高取平均值。

使用上述方法测量仪器和觇标高度时，可以同时用小钢尺直接量测仪器高和棱镜高，以便能够检核。