野外水準測量誤差產(chǎn)生的原因及消減方法

孫景榮，李 軍

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶 163000)

野外水準測量誤差產(chǎn)生的原因及消減方法

孫景榮，李 軍

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶 163000)

測量觀測值都包含誤差，水準測量也是一樣。為了便于進行工程建設中的測量工作，盡量的減小和消除在實際工作中的誤差，結合所學的水利工程測量知識，闡述了在實際的野外水準測量中誤差產(chǎn)生的原因及消減方法。

野外;水準測量;觀測誤差;原因;消減方法

0 引言

水準儀是在17—18世紀發(fā)明制造了望遠鏡和水準器之后出現(xiàn)的。在20世紀初，科技工作者在內(nèi)調(diào)焦望遠鏡和符合水準器的基礎上制造出微傾水準儀。在50年代出現(xiàn)了自動安平水準儀。在60年代研制出激光水準儀，隨著科技的不斷進步，在90年代研制出了數(shù)字化水準儀(電子水準儀)。數(shù)字化水準儀是以自動安平水準儀為基礎，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器(CCD)，并采用條碼標尺和圖像處理電子系統(tǒng)二構成的光機電測一體化的高科技產(chǎn)品。采用普通標尺時，又可象一般自動安平水準儀一樣使用。具有讀數(shù)客觀、精度高、速度快、效率高等特點，但價格較高，在一般的工程項目三、四等水準測量中應用較少。

隨著尼爾基水利樞紐工程配套項目即引嫩擴建骨干一期工程的陸續(xù)開工建設，對于一些例如渠底、堤頂、壩頂超平工作經(jīng)常會用到水準儀，在實際的測量過程中也經(jīng)常遇到一些比較棘手的技術誤差問題，為了得到更精確的測量數(shù)據(jù)，在工作中也不斷總結經(jīng)驗教訓，減小誤差，提高工程質(zhì)量。因此，根據(jù)工程測量的精度要求，選取三等水準測量DS3型水準儀，分析誤差來源，尋求減小誤差的方法，對提高水準測量成果的精度具有積極意義。筆者通過參加測站考證水準測量的實踐，結合理論知識，針對誤差產(chǎn)生的原因以及消減誤差的方法進行了探討，談一點體會，供大家參考。

1 誤差產(chǎn)生機理

1.1 儀器誤差

1.1.1 儀器校正誤差

在工作開始前，儀器雖經(jīng)校正，但還會存在一些殘余誤差，我們稱為i角誤差檢校后的殘余值，這主要是水準管軸不平行于視準軸所導致的誤差。在實際的觀測過程中，同一測站要注意使前、后視距相等，便可以消除或減弱這方面的影響。

1.1.2 對光誤差

這一點和儀器的加工工藝和產(chǎn)品質(zhì)量有關系。由于儀器制造加工不夠完善，當轉動對光螺旋調(diào)焦時，對光透鏡產(chǎn)生非直線移動而改變視線位置，產(chǎn)生對光誤差，即調(diào)查焦誤差。這項誤差，儀器安置于中距前、后視尺等距離處，后視完畢轉向前視，不必重新對光，就可得到消除。

1.1.3 水準尺誤差

隨著水準尺使用年限的延長，水準尺就會彎曲變形，產(chǎn)生尺面刻劃不準和尺底零點不準等誤差。因此，在水準測量前應對水準尺進行檢驗。水準尺的零點誤差，使儀器站數(shù)為偶數(shù)時即可消除。

1.2 觀測誤差

1.2.1 整平誤差

整平誤差一般也稱為氣泡居中誤差，而且整平誤差與水準管分劃值及視線長度成正比。我們以DS3型水準儀(τ〞=20〞/2 mm)為例，進行等外水準測量時，若視線長D=100 m時，m平=0.72 mm。因此，在觀測時必須認真校正氣泡是否居中，并且視線不應過長，先后視然后轉向前視，要注意重新轉動微傾螺旋令氣泡居中才能讀數(shù)，但不能轉動腳螺旋，否則將改變儀器高產(chǎn)生錯差。

1.2.2 讀數(shù)誤差

讀數(shù)誤差是估讀水準尺上的毫米產(chǎn)生的誤差。它與十字絲的粗細、望遠鏡放大倍率和視線長度有關。在一般水準測量中，當視線長度為100 m時，估讀誤差約為±1.5 mm。人眼的分辨力，通常當視角＜1/10，就不能分辨水準尺上的兩點;當望遠鏡放大倍率為30倍，視線長度為100 m時，照準誤差約為±0.97 mm。若望遠鏡放大倍率較小或視線過長，尺子成像小，顯得不夠清晰，照準誤差和估讀誤差都將增大。故對各等級的水準測量，規(guī)定了儀器應具有的望遠鏡放大倍率及視線的最大長度。

1.2.3 水準尺豎立不直的誤差

如果水準尺不垂直于地面時，其讀數(shù)比水準尺豎直時的讀數(shù)要大，而且視線越高，誤差越大。因此測量時一定要將水準尺豎直，并且水準尺讀數(shù)不能太大，一般應≤2.7 m。

1.3 外界條件的影響

1.3.1 儀器升降的誤差

由于土壤的彈性及儀器的自重，可能引起儀器上升或下沉，從而產(chǎn)生誤差。若后視完畢轉向前視時，儀器下沉了Δ1，使前視讀數(shù)b1小了Δ1，即測得的高差h1=a1-b1，大了Δ1。設在一測站上進行兩次測量，第二次先前視再后視，若從前視轉向后視過程中儀器下沉了Δ2則第二次測得的高差h2=a2-b2，小了 Δ2，如果儀器隨時間均勻下沉，即 Δ1≈Δ2，取兩次所測高差的平均值，這項誤差就可以得到有效地削弱。因此，在國家三等水準測量中，應按后、前、前、后的順序觀測。

1.3.2 尺墊升降的誤差

與儀器升沉情況相類似。如轉站時尺墊下沉，使所測高差增大，如上升則使高差減小。故對一條水準路線采用往返觀測取平均值，這項誤差可以得到削弱。

1.3.3 地球曲率影響

地球是一個旋轉的橢圓球體。在普通測量中，當測區(qū)面積不大時，可以把球面視為平面，即以水平面代替水準面。但是地球曲率對高程測量的影響是不能忽略的，當視距為100 m時，在高程方面的誤差就接近1 mm，其影響是很大的。由于水準儀提供的是水平視線，因此后視讀數(shù)和前視讀數(shù)中都含有地球曲率誤差，但只要將儀器安置于距前、后視尺等距離處，就可消除地球曲率的影響。

1.3.4 大氣折光的影響

地面上空氣存在密度梯度，光線通過不同密度的媒質(zhì)時，將會發(fā)生折射，而且總是由疏媒質(zhì)折向密媒質(zhì)，因而水準儀的視線往往不是一條理想的水平線。一般情況下，大氣層的空氣密度上疏下密，視線通過大氣層時成一條向下彎折的曲線，使尺上讀數(shù)減小，它與水平線的差值即為折光差。在晴天，靠近地面的溫度較高，致使下面的空氣密度比上面稀，這時視線成為一條向上彎折的曲線，使尺上讀數(shù)增大。視線離地面越近，折射也越大，因此一般規(guī)定視線必須高出地面一定高度，如高出地面0.3 m，就是為了減少這種影響。若在平坦地面，地面覆蓋物基本相同，而且前后視距相等，這時前后視讀數(shù)的折光差方向相同，大小基本相等，折光差的影響即可大部分得到抵消或削弱。當在山地連續(xù)上坡或下坡時，前后視視線離地面高度相差較大，折光差的影響將增大，而且?guī)в幸欢ǖ南到y(tǒng)性，這時應盡量縮短視線長度，提高視線高度，以減小大氣折光的影響。

2 結語

以上對各種誤差進行了逐項分析，實際上由于誤差產(chǎn)生的隨機性，其綜合影響在實際測量中將會相互抵消一部分。在實際測量中應該注意以下5點，可以減小各項誤差的影響，確保測量成果的精確度。

1)盡量做到前視距離與后視距離相等，前后視距離累積差不宜太大，三等水準測量≤5 m，四等水準測量≤10 m，這樣就可以減小多項誤差的影響。

2)視線長度要符合規(guī)范的要求：三等水準測量≤75 m，四等水準測量≤100 m，在不平坦地區(qū)應縮短視線長度，這樣就可以減小整平誤差、估讀誤差和照準誤差的影響。

3)視線離地面高度應保持一定的數(shù)值，不宜太高，也不宜太低，一般在0.3～2.7 m，這樣就可以減小水準尺豎立不直的誤差和大氣折光的影響。

4)每一測段的往測和返測，儀器站數(shù)應為偶數(shù)，由往測轉向返測時，兩水準尺必須互換位置。

5)在每一測站都應立即計算出后距、前距、前后視距差、前后視距離累積差、黑紅面讀數(shù)差、黑紅面所測高差之差，并按后、前、前、后的順序進行觀測。如果有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會前功盡棄，事倍功半。

［1］葉澤榮，張慕良.水利工程測量［M］.北京：水利電力出版社，1994.

［2］何大海.水準測量的誤差來源及控制方法［J］.交通世界，2005(12)：224-225.

［3］肖輝.水準高程測量校核讀數(shù)新方法［J］.水利天地，2003(12)：38-39.

P224.1

B

1007-7596(2011)06-0106-02

2011-06-16;

2011-11-04

孫景榮(1977-)，男，黑龍江訥河人，助理工程師;李軍(1981-)，男，黑龍江訥河人，助理工程師。