在全站儀和測距儀中，一般利用光波進行測距，首先儀器會處理測距光波的相位漂移引起的測距誤差。但實際套用中因為光波在大氣中穿透受大氣溫度、氣壓、大氣成分變化(特別是二氧化碳濃度影響)、密度、大氣濕度等客觀條件的影響，所測距離要經過相關氣象條件改正才能得到正確的真值。
基本介紹
- 中文名：氣象改正
- 外文名：Meteorological correction
- 影響因素：大氣溫度、大氣壓力和大氣濕度
- 原因：誤差
- 套用對象：全站儀和測距儀
- 所屬學科：測繪科學
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氣象改正概念
在全站儀和測距儀中，一般利用光波進行測距，首先儀器會處理測距光波的相位漂移引起的測距誤差。但實際套用中因為光波在大氣中穿透受大氣溫度、氣壓、大氣成分變化(特別是二氧化碳濃度影響)、密度、大氣濕度等客觀條件的影響，所測距離要經過相關氣象條件改正才能得到正確的真值。這裡主要是針對載波而言。
相關氣象條件
大氣溫度
攝氏溫度（℃）：將純水的冰點定為0℃，以標準大氣壓壓純水的沸點定位100℃，並將兩者之間溫差等分100份每等份代表1℃。我國採用攝氏溫度計量單位。
華氏溫度（F）：將純水的冰點定為32F，以標準大氣壓壓純水的沸點定位212F，並將兩者之間溫差等分180份每等份代表1F。
絕對溫度（K）：規定攝氏0℃為273.15K。 分度法與攝氏溫度相同。
以上三種溫度標換算關係：℃=5/9(F-32);K=℃+273.15
大氣壓力
單位面積所受的大氣重量壓力即大氣壓。國標單位是帕斯卡（Pa）。另外還使用mmHg以及mb。
1mmHg=1.33322mb≈4/3mb 1mb=100Pa
大氣濕度
在大氣壓力中有水汽產生的一部分壓力，就是水汽壓（e）。在一定的溫度下一定體積的空氣中所容納的最大水汽量就是飽和濕度；此時空氣中的水汽壓就是飽和水汽壓（E）。
絕對濕度（a）：單位體積空氣中所含的水汽質量。a=289×e/T（單位是g/m3），T是大氣絕對溫度(K)
相對濕度（h）：空氣中實際水汽壓（e）與同溫度下飽和水汽壓（E）比值稱為相對濕度。h=e/E×100%
氣象改正公式
對於不同型號全站儀或者測距儀而言，由於採用載波光源的波長不同、加上各廠家對使用的相關氣象條件單位不同，最終各廠家的不同型號產品的氣象改正公式有所不同。
根據國際大地測量協會第十三次會議的決議，實際氣象條件下調製光折射率n的計算公式為
式中a=1/273.16為空氣膨脹係數；t為實際大氣乾溫單位℃；P為大氣壓單位mmHg；e為實際水汽壓單位mmHg；ng為標準氣象條件（t=0℃，P=760mmHg，e=0mmHg）下調製光的折射率：
其中λ為單色光波長，單位微米（μm）；nλ為單色非調製光在標準氣象條件下的折射率：
例如：sokkia全站儀採用λ=860nm=0.86μm，代如以上公式可求出氣象改正公式如下：
改正後的距離為：
採用其它波長測距的儀器也可用同樣算法得出相應改正公式。
氣象實用改正法
一般情況下，為了明確求得距離的大氣折射率改正，需要測定大氣中的氣象元素。因此，為了實現變形監測的自動化，某些系統中添置了高精度通風溫度計、數字氣壓計和數字濕度計。考慮到大壩變形監測中監測範圍不大，大氣折光改正屬小區域大氣折光改正，且大壩變形監測系統一般都建有基點穩定的基準網，當確信基準點穩定且大壩地區的大氣代表性誤差規律清楚時，監測人員可以採用實用改正法對氣象因素進行改正。具體做法為利用基準網的測量信息，用基線邊實時校準，邊實時進行數據處理，無需測量氣象元素，從而簡化系統設備配置，實現實時大氣折射率差分改正，經現場測試，這時得到的監測邊邊長和監測點的三維坐標同樣具有亞毫米級精度。
採用實用法對氣象因素進行改正，省去了高精度通風溫度計、數字氣壓計和數字濕度計，簡化了系統設備配置，但是增加了基準網點。穩定可靠的監測基準網是實用法的基礎，因此，對基準網提出了較高要求。基準網點應位於大壩基礎變形區域之外的穩固不動的基岩基礎上，並用鋼筋混凝土澆成圓柱水泥墩，其上採用強制對中裝置放置稜鏡及固定稜鏡罩。一般應有3~4個基準點，要求監測站至各基準點的方向和距離覆蓋整個變形監測區域。監測站與各基準點之間的已知斜距、方位和高差是整個自動化監測系統氣象改正的依據，應採用高等級儀器定期進行監測。變形測點較多時會增加觀測時間，觀測條件發生變化從而影響氣象改正的精度，因此必須分組實施監測，一般每組選7-8個點，每組觀測用時約10min。
全站儀的氣象改正
（1）由於大氣密度不同，大氣各點處的折射率不同，光束在大氣中傳輸時就會發生漂移和偏折，光線所經路程不是直線，而是曲線。
（2）在變化大氣壓、變化氣溫及變化濕度影響下，大氣密度在垂直方向和水平方向的分布都不均勻。特別對於修建於峽谷內的水電工程，局部地區溫度場的分布情況非常複雜，致使大氣密度的分布極不均勻，大氣折光對全站儀測量作業的影響十分顯著。因此，需要對測距、測角進行氣象改正。
（3）不同廠家的全站儀採用的氣象改正方法也不同，氣象改正公式也不同，但原理相同，氣象改正可分為氣象元素改正法和實用改正法兩大類。氣象元素改正法是全站儀在測量作業同時測定大氣中的氣象元素並按照一定的氣象改正公式進行測距改正和測角改正的方法。採用該方法需要配置高精度溫度計、氣壓計和濕度計，並進行同步測量。
（4）實用改正法對氣象因素進行改正的具體做法為利用基準網的測量信息，用基線邊實時校準，邊實時進行數據處理，無需測量氣象元素，從而簡化系統設備配置，實現實時大氣折射率差分改正。穩定可靠的監測基準網是實用法的基礎，因此，實用改正法較氣象元素改正法對基準網提出了更高的要求。經現場測試，採用實用改正法得到的監測邊邊長和監測點的三維坐標同樣具有亞毫米級精度。
