测绘学中的微观世界

摘要：测绘学是研究地理信息的获取（测定、采集之意）、处理、描述和应用的一门科学。它所研究的内容是宏观世界的东西。但是，在进行测绘工作中，包括地球表面及周围空间的物质（尤其是来自于分子水平的）的影响是不可忽略的。当然，严格的来说，世界上的人类可视的与绝大部分不可视的物质都是由分子水平的物质构成的，它们决定了宏观物质的各种表征与属性。测绘学研究的内容也不能例外。

关键词：电离层误差 对流层误差 大气折光 原子时、GPS时的应用

测绘学科有许多分支，包括大地测量学与GPS导航系统、工程测量学、航空航天摄影测量以及城市空间信息系统等。它们的本质都是一样的，通过一定的测量工具，由人主导完成的对于宏观世界物质的位置、速度等属性的观测记录，从而得到符合要求的测量结果的过程。然而，在完成这些工作中，不可避免的涉及到微观世界的知识。从测量所依赖的基础到影响测量的因素，不难发现微观物质的影子。

一、原子时、GPS时的应用。

在GPS测量中，必须依赖一定的坐标系统与时间系统，这些都是GPS测量所不可或缺的部分。在各种时间系统中，有种被称为原子时的时间系统，在测量中起到了很大的作用。原子时（或者国际原子时）是由原子钟来确定和维持的。第十三届国际计量大会中通过以下决议：位于海平面上的铯133（Cs）原子基态两个超精细能级间在零磁场中跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间为原子时1s。原子时的起点规定为1958年1月1日0h整。由于技术方面等的原因发现这一瞬的原子时AT与世界时UT并为精确对准。国际原子时（TAI）是1971年由国际时间局建立的，现改由国际计量局（BIPM）的时间部门在维持。

GPS测量中GPS导航卫星所使用的时间系统是GPS时，它是由GPS的地面监控系统和GPS卫星中的原子钟建立和维持的一种原子时，起点为1980年1月6日0h00m00s。GPS时一杯广泛运用的时间对比，用户通过GPS时与国际原子

时、世界时的关系课获得高精度的UTC或TAI时间。这几种时间的差异可以被保持在10ns内。除此之外，相对于GPS时，其他的全球导航卫星系统也有各自的时间系统，例如俄罗斯的GLONASS导航卫星系统则使用GLONASS时，其原理和应用与GPS时相似，除了进行地面位置速度的测量之外还可以进行授时工作。 二、测量中的误差因素。 1.大气折光影响。

无论是传统的光学仪器的测量还是数字仪器的测量过程，都存在各种误差。由误差的来源可以将误差分为人为因素的误差、仪器误差以及环境误差。其中，大气折光的影响则是一种重要的环境误差。由于一天中的不同时间段大气的温度、气压有差别，导致光线的传播不完全是沿直线传播，这就导致测量员观测到的数值与真实值之间产生微小的误差。在精密水准测量中，这些误差是被要求消除的。大气分子的不规律分布导致光线的非直线传播，从而引起的测量误差对于测量工作来说是很重要的一方面，所以，为了得到更加精确的符合实际的测量结果，规范要求我们的往返测保持在一天的上午和下午分开来测，这样来尽量消弱大气折光带来的误差。 2.电离层误差、对流层误差。

电离层是高度在60—1000km间的大气层。在太阳紫外线、X射线、Y射线和高能粒子的作用下，电离层中的中性气体分子部分被电离，产生了大量的电子和正离子，从而形成了一个电离区域。电磁波信号（如GPS卫星所发射的信号）在穿过电离层时，其传播速度会发生变化，变化程度主要取决于电离层中的电子密度和信号频率；其传播路径也会略微弯曲（但对测距结果所产生的影响不大，在一般情况下可不考虑）。从而使得信号的传播时间Δt`乘上真空中的光速后所得到的距离不等于从信号源之接收机的几何距离。GPS测量来讲，这种误差在天顶方向可达到十几米，在高度角为5°时可超过50m，因而必须仔细的加以改正。电磁波在电离层中的传播的相速度（单一频率的电磁波的相位的传播速度）V与电离层中的相折射率之间存在关系，可以得到粗略的电离层改正和对流层改正。

电离层总电子含量TEC直接影响了GPS测量中距离改正的电离层改正数，天顶方向的总电子含量VTEC还与太阳活动有密切的关系，太阳活动的剧烈程度和太阳辐射的流量都会很明显的改变VTEC的值。

由此可见，分子水平的气体变化从宏观方面直接影响了GPS测量作业的精确程度。

测绘学既有对于整个地球、地月系及太阳系的行星性质的研究、也有对于地球表面细微物体属性的测定，它的应用十分广泛。宏观世界与微观世界是密不可分的，他们的差别只是量测范围的不同。分子水平的围观物体也会给测绘学、测绘工作带来深远的影响。

参考文献:

[1]宁津生等。测绘学概论。武汉：武汉大学出版社，2004.

[2]李征航，黄劲松。GPS测量与数据处理。武汉：武汉大学出版社。2005. [3]孔祥元，郭际明，刘宗泉。大地测量学基础。武汉：武汉大学出版社，2005. [4]武汉大学测绘学院测量平差学科组。误差理论与测量平差基础。武汉：武汉大学出版社，2003.