水利工程測(cè)量中經(jīng)緯儀的誤差與控制

馬小群

摘 要：在水利工程建設(shè)施工測(cè)量中，通常采用水準(zhǔn)儀測(cè)量和經(jīng)緯儀測(cè)量，兩者各有利弊，文章介紹減小經(jīng)緯儀測(cè)量誤差的經(jīng)驗(yàn)。

中圖分類(lèi)號(hào)：TV221文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2012)04(a)-0000-01

經(jīng)儀器的安裝和制造不論怎么精細(xì)，但是也不可能完全滿足在理論上對(duì)儀器各個(gè)部件及它們相互幾何關(guān)系要求，再加上在儀器在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的各種變形、磨損和外界不利的條件對(duì)儀器的各種影響，必然會(huì)給角度的測(cè)量結(jié)果造成不同的誤差影響。這種因?yàn)閮x器結(jié)構(gòu)不能能完全滿足理論對(duì)各儀器各個(gè)部件及它們相互關(guān)系的要求所造成的測(cè)量角度誤差被稱(chēng)為儀器誤差。經(jīng)緯儀儀器的誤差包三軸誤差，分別是準(zhǔn)軸誤差、水平軸傾斜誤差、垂直軸傾斜誤差等。本文將介紹這些誤差的產(chǎn)生原因，消除或減弱其影響的措施及檢驗(yàn)方法。

1 經(jīng)緯儀的誤差分析

1.1 視準(zhǔn)軸誤差

望遠(yuǎn)鏡的十字絲中心與的物鏡光心連線線被稱(chēng)為視準(zhǔn)軸。如果儀器已整置水平，即垂直軸與測(cè)站鉛垂線保持一致，并且垂直軸和水平軸正交，僅因?yàn)橐暅?zhǔn)軸與水平軸不正交，就是實(shí)際的視準(zhǔn)軸與真實(shí)的視準(zhǔn)軸存在一個(gè)夾角C，這樣就被稱(chēng)為視準(zhǔn)軸誤差。當(dāng)測(cè)量時(shí)的視準(zhǔn)軸向垂直度盤(pán)偏一側(cè)時(shí)，C就為正值，反之C就為負(fù)值。造成視準(zhǔn)軸誤差的主要原因是因?yàn)閮x器調(diào)整和安裝不符合要求，使得望遠(yuǎn)鏡十字絲的中心偏離正確的置，這樣就造成水平軸與視準(zhǔn)軸不完全正交，就造成了視準(zhǔn)軸的誤差。另外，外界不利的溫度的變化也會(huì)造成視準(zhǔn)軸的位置發(fā)生變化，就會(huì)造成視準(zhǔn)軸誤差。減少誤差措施：只要視準(zhǔn)軸誤差對(duì)觀測(cè)方向值的影響，在望遠(yuǎn)鏡縱轉(zhuǎn)前后，保持測(cè)量大小相等，并且符號(hào)相反。所以，取盤(pán)右與盤(pán)左的中數(shù)就可以消除造成視準(zhǔn)軸誤差的影響。

1.2 水平軸傾斜誤差

如果水平軸與視準(zhǔn)軸正交，并且測(cè)站鉛垂線與垂直軸保持一致時(shí)，僅僅因?yàn)榇怪陛S與水平軸不完全正交使得水平軸傾斜一個(gè)小角i，稱(chēng)為水平軸傾斜誤差，。引起這種誤差的原因是：因?yàn)樵趦x器調(diào)整、安裝時(shí)候不符合要求，從而使得儀器的水平軸兩支架不處于等高；或者儀器的水平軸兩端直徑不相等。消除誤差措施：在觀測(cè)角度時(shí)侯，只要兩個(gè)方向的垂直角的差值不大并且接近于0°時(shí)，水平軸傾斜的誤差就會(huì)在半測(cè)回角度值中可以得到消除。

1.3 垂直軸傾斜誤差

如果儀器三軸問(wèn)的關(guān)系都正確，只是因?yàn)閮x器沒(méi)有嚴(yán)格整置水平，使得儀器的垂直軸偏離了測(cè)站的鉛垂線出現(xiàn)了一個(gè)微小的角度v，這種誤差被稱(chēng)為垂直軸傾斜誤差。消除誤差措施：因?yàn)橹陛S傾斜的大小和方向不會(huì)隨著照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生變化，所以造成的水平軸傾斜方向在望遠(yuǎn)鏡的縱轉(zhuǎn)前后是不變的，所以，對(duì)任意一觀測(cè)方向都不能期望通過(guò)盤(pán)左和盤(pán)右觀測(cè)中取中數(shù)就會(huì)消除垂直軸傾斜誤差。

2經(jīng)緯儀誤差控制措施

我們?cè)趯?shí)際工作中，往往采用水準(zhǔn)儀來(lái)控制高程，當(dāng)?shù)貏?shì)高低落差較大，地形復(fù)雜時(shí)，經(jīng)常采用經(jīng)緯儀來(lái)測(cè)量高程。利用經(jīng)緯儀測(cè)量結(jié)果誤差會(huì)造成工程達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。為了減小經(jīng)緯儀測(cè)量誤差在允許的結(jié)果內(nèi)，使得工程驗(yàn)收合格，我們需要采用一些措施來(lái)提高經(jīng)緯儀測(cè)量精度，將測(cè)量誤差控制在工程質(zhì)量合格允許范圍之內(nèi)。

2.1經(jīng)緯儀誤差常用控制

(1)儀器的誤差。儀器的誤差是指儀器的縱橫軸線不能滿足測(cè)量所要求的幾何條件，從而會(huì)產(chǎn)生的誤差。所以，我們?cè)谧鳂I(yè)前，必須對(duì)儀器進(jìn)行嚴(yán)格的檢校，保證在測(cè)量前的準(zhǔn)備儀器符合測(cè)量要求；但是儀器經(jīng)校正后的殘留下的誤差及儀器制作不完美等不可能校正可以避免的誤差，但是可以采用合適的作業(yè)方法如通過(guò)盤(pán)右、盤(pán)左觀測(cè)取平均值的均值技巧來(lái)減小其帶來(lái)的誤差。(2)儀器安置的誤差。包括對(duì)整平誤差以及產(chǎn)生的中誤差，在觀測(cè)時(shí)應(yīng)使得經(jīng)緯儀嚴(yán)格對(duì)中和整平來(lái)減小測(cè)量誤差。(3)標(biāo)桿傾斜控制誤差的方法。在利用經(jīng)緯儀觀察測(cè)量角度時(shí)，標(biāo)桿要嚴(yán)格豎直，并盡量瞄準(zhǔn)其測(cè)量底部，這樣可以減小測(cè)量誤差。(4)觀測(cè)產(chǎn)生誤差。觀測(cè)產(chǎn)生誤差包含讀數(shù)造成的誤差和瞄準(zhǔn)造成的誤差，由于望遠(yuǎn)鏡的放大倍率是產(chǎn)生瞄準(zhǔn)誤差的主要，分微尺最小格值是產(chǎn)生讀數(shù)誤差主要原因，要減小觀測(cè)所產(chǎn)生的誤差，測(cè)量時(shí)要盡量選用精密和先進(jìn)的經(jīng)緯儀。(5)外界條件的影響產(chǎn)生的誤差。如日曬、大風(fēng)、溫度等引起的經(jīng)緯儀的不穩(wěn)定、儀器的整平程度，所以，要選擇有利時(shí)間和地理情況觀測(cè)清晰穩(wěn)定的目標(biāo)成象，這樣才能克服不利條件的影響產(chǎn)生的誤差。

2.2對(duì)中誤差的誤差控制

一般的經(jīng)緯儀測(cè)量都是利用計(jì)算機(jī)編制的程序，在已知高程位置架設(shè)立經(jīng)緯儀，測(cè)量出經(jīng)緯儀高度，記錄下待測(cè)地形點(diǎn)上標(biāo)尺的中下絲數(shù)據(jù)。將經(jīng)緯儀器架設(shè)點(diǎn)高程、經(jīng)緯儀高度、上中下絲的讀數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)計(jì)算機(jī)編制的程序就可以輸出測(cè)量的高程、距離結(jié)果。從一般的測(cè)量情況可以看出，經(jīng)緯儀架設(shè)點(diǎn)高程首先需要使用水淮測(cè)量測(cè)出，然后在剛才水準(zhǔn)儀測(cè)量點(diǎn)上使用經(jīng)緯儀的鉛錘對(duì)中后整平下。因?yàn)閷?duì)中誤差是經(jīng)緯儀測(cè)量過(guò)程誤差的非常重要因素之一。為了使得測(cè)量方便而且測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，也可以在未知點(diǎn)先架設(shè)儀器，將經(jīng)緯儀的視線調(diào)節(jié)水平，通過(guò)瞄準(zhǔn)已知高程點(diǎn)標(biāo)尺上，可以測(cè)量、計(jì)算出本站點(diǎn)的高程，儀器不需要對(duì)中，這樣就避免了對(duì)中誤差。

2.3 視距的誤差控制

視距測(cè)量是利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的視距絲裝置，通過(guò)幾何光學(xué)原理可以同時(shí)測(cè)定要測(cè)量的高差和距離的一種有效方法。在利用視距測(cè)量在測(cè)定高差和距離時(shí)，我們所使用公式是近似公式，所以我們?cè)诶靡暰鄿y(cè)量的精度比較低，根據(jù)測(cè)量學(xué)中介紹的，如果在比較好的測(cè)量條件下，視距測(cè)量的精度大約為1/200~1/300。因?yàn)橐暰鄿y(cè)量的操作比較簡(jiǎn)單方便、并且不受地形限制等一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于水利建筑工程的地形圖測(cè)量、施工放樣中。為了提高視距測(cè)量精度，減小測(cè)量誤差，我們?cè)谒こ虦y(cè)量實(shí)踐工作中發(fā)現(xiàn)，視距所測(cè)量的結(jié)果的近似值與真真值相對(duì)之距與測(cè)量視線與水平線夾角а有很大的關(guān)系，當(dāng)|а|>10°時(shí)，高程的誤差和所測(cè)量距離誤差大大超過(guò)誤差所允許范圍之內(nèi)，但是當(dāng)|а|＜5°時(shí)，所測(cè)量的就誤差較小，誤差控制在所允許范圍之內(nèi)。所以可以說(shuō)，測(cè)量視線與水平線夾角角а是影響視距測(cè)量精度的非常重要因素之一。所以，我們?cè)诶媒?jīng)緯儀進(jìn)行工程測(cè)量中，要將測(cè)量視線與水平線夾角а角控制在5°范圍內(nèi)，就可以在很大程度上提高視距所測(cè)量的精度，減小測(cè)量的誤差。

3結(jié)語(yǔ)

在利用經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量中，測(cè)量的結(jié)果會(huì)受到各種因素的影響，因此不可避免地存在各種誤差。我們只要在測(cè)量作業(yè)過(guò)程中，要嚴(yán)格遵守所規(guī)定的操作規(guī)程，采用合適的測(cè)量作業(yè)方法，經(jīng)緯儀的一些誤差就會(huì)得到控制，測(cè)量的精度也會(huì)在很大程度上得以提高。

參考文獻(xiàn)

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