Основные факторы внешних условий, определяющие пространственную нестабильность визирной линии. Современные методы высокоточных инженерно-геодезических измерений в той или иной мере связаны с оптическим визированием или с применением оптического (в том числе и лазерного) излучения для задания опорных геодезических линий или плоскостей. Одним из главных источников погрешностей при выполнении измерений с использованием оптического луча являются погрешности из-за влияния атмосферы. Знание характера и законов распространения оптического излучения дает возможность при соответствующих условиях учесть возможные погрешности и добиться высокой точности измерения.

Исследованию законов распространения оптического луча в свободной атмосфере посвящено большое количество работ, установлены некоторые общие закономерности, позволяющие для ослабления влияния внешних условий выбирать соответствующие время и условия наблюдения.

Большое количество инженерно-геодезических работ выполняется в специфических условиях, в том числе в закрытых помещениях, где условия распространения оптического излучения отличаются от распространения в открытой атмосфере. Эти особенности определяются расположением строительных конструкций, технологического оборудования, коммуникаций, наличием в помещении тепловыделяющих элементов.

Часто при выполнении высокоточных измерений в условиях открытой площадки визирный луч распространяется над массивными металлоконструкциями, например направляющими путями, где существуют свои законы теплообмена с окружающей средой и общепринятые методы учета влияния внешних условий оказываются неэффективными.

Основными факторами внешних условий, определяющими нестабильность в пространстве опорной линии, заданной оптическим излучением, являются рефракция и температурная турбулентность атмосферы.

Под рефракцией понимают отклонение оптического луча от его прямолинейного распространения, обусловленное градиентом показателя преломления, в направлении, перпендикулярном к направлению распространения луча. Геодезическую рефракцию принято подразделять на вертикальную и горизонтальную.

Градиент показателя преломления приземных слоев атмосферы, как известно, зависит от многих факторов, но в первую очередь определяется градиентом температуры и давления и меньше зависит от градиента влажности воздуха. Точность определения поправок за рефракцию существенно зависит от количества точек, в которых производится измерение температурных градиентов. При выполнении высокоточных инженерно-геодезических измерений в ряде случаев, зная температурные градиенты, можно рассчитывать величину поправки за рефракцию.
Величина температурного градиента может быть примерно рассчитана по измеренным величинам метеопараметров (температуры, давления, влажности) или непосредственно измерена специальным прибором — высокоточным термическим градиентомером.

Особое значение приобретают вопросы учета влияния внешних условий при работе с применением лазеров, поскольку протяженность контролируемых участков при этом значительно возрастает и помимо рефракции на точность измерений в значительной степени сказывается влияние температурной турбулентности атмосферы.

Основное влияние температурной турбулентности кроме уменьшения когерентности и рассеяния излучения ОКГ заключается в беспорядочном отклонении пучка и изменении интенсивности.

При больших расстояниях между передатчиком и приемником «дрожание» пучка лучей может быть таким, что излучение частично или полностью не будет попадать в апертуру приемника. Это вызывает уменьшение полезного сигнала на приемнике, связанное с нежелательной амплитудной модуляцией, и является источником погрешностей измерения.

Относительное изменение показателя преломления среды может быть выражено в виде функции переменной, зависящей от положения и времени.

При рассмотрении распространения пучка ОКГ вдоль какого-либо направления (например, направления) в каждой точке среды необходимо учитывать и изменение показателя преломления в окрестности указанных точек. Для упрощения можно принимать в расчет корреляционные расстояниявдоль двух ортогональных направлений — в направлении распространения пучка и в направлении, перпендикулярном к нему.

Если весь путь L распространения пучка ОКГ (от передатчика до приемника) условно разбить на интервалы, то аппроксимируя внутри указанных интервалов непрерывное изменение показателя преломления дискретным шагом и соответствующие углы рефракции от 9 до 0 + Д8, для небольших приращений получим.

Увеличением апертуры объектива приемных устройств и поперечного сечения лазерного луча (это условие выполняется при коллимированпи излучения ОКГ) можно в некоторой степени свести к минимуму вредные явления, связанные с хаотическим дрожанием пучка. Однако полный учет влияния турбулентной атмосферы на точность выполнения геодезических измерений может быть получен только из экспериментальных данных, собираемых непосредственно в тех условиях, где надлежит выполнять геодезические измерения.

Знание законов угловых и линейных флуктуации луча и их численных значений позволит правильно выбрать условия для измерений и более точно провести оценку их результатов.

Измерять угловые и линейные флуктации лазерного луча в атмосфере можно высокоточными оптико-электронными приборами, а обрабатывать результаты измерений методами оптической обработки информации.