淺析測量的誤差來源及控制的方法

關(guān)朝旭

【摘要】測量在日常生活和工作中應(yīng)非常廣泛，測量種類敏繁多，任何一類別的測量都會存在誤差，產(chǎn)生誤差原因是多方面，本文對測誤差產(chǎn)生進(jìn)了詳細(xì)分析，指出了減少誤差的方法。

【關(guān)鍵詞】測量；誤差來源；控制方法

一、測量的概述

⒈測量的概念：測量是按照某種規(guī)律，用數(shù)據(jù)來描述觀察到的現(xiàn)象，即對事物作出量化描述。測量是對非量化實物的量化過程。

⒉測量的基本要素：

⑴測量的對象（也叫測量客體）：主要是指被測量物體的幾何量，包括長度、面積、形狀、高度、表面粗糙度以及形位誤差等。

⑵計量單位：我國的基本計量單位是米制（即公制）。在長度計量單位為米（M），其他常用單位有毫米（MM）、厘米（CM）、微米（UM）等，在角度測量中以度、分、秒為單位。

⑶測量方法：指在進(jìn)行測量時所用按類敘述一組操作邏輯次序。

⑷測量準(zhǔn)確度：指測量結(jié)果與真實值的一致程度。

⒊誤差：在測量時，測量結(jié)果與實際值之間的差值叫誤差。

二、測量誤差來源分析

⒈測量誤差產(chǎn)生的原因

測量工作是在一定條件下進(jìn)行的，外界環(huán)境、觀測者的技術(shù)水平和儀器本身構(gòu)造的不完善等原因，都可能導(dǎo)致測量誤差的產(chǎn)生。

（1）外界條件：主要指觀測環(huán)境中氣溫、氣壓、空氣濕度和清晰度、風(fēng)力以及大氣折光等不斷變化，導(dǎo)致測量結(jié)果中帶有誤差。

（2）儀器條件：儀器在加工和裝配等工藝過程中，不能保證儀器的結(jié)構(gòu)能滿足各種被測量物體關(guān)系，這樣的儀器必然會給測量帶來誤差。

（3）方法理論公式的近似限制或測量方法的不完善也會導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。

（4）觀測者的自身條件：由于觀測者感官鑒別能力所限、以及技術(shù)熟練程度等不同，也會使儀器對整平和瞄準(zhǔn)等方面產(chǎn)生誤差。

⒉測量誤差的分類

測量誤差主要分為三大類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差。

⑴系統(tǒng)識誤差

在相同的觀測條件下，對某量進(jìn)行了n次觀測，如果誤差出現(xiàn)的大小和符號均相同或按一定的規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。

系統(tǒng)誤差具有明顯的規(guī)律性和累積性，對測量結(jié)果的影響很大。但是由于系統(tǒng)誤差的大小和符號有一定的規(guī)律，所以可以采取措施加以消除或減少其影響。

⑵隨機(jī)誤差又叫偶然誤差

在相同的觀測條件下，對某量進(jìn)行了n次觀測，如果誤差出現(xiàn)的大小和符號均不一定，則這種誤差稱為偶然誤差，又稱為隨機(jī)誤差。

此誤差就其個別值而言，在觀測前我們確實不能預(yù)知其出現(xiàn)的大小和符號。但若在一定的觀測條件下，對某量進(jìn)行多次觀測，誤差列卻呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，稱為統(tǒng)計規(guī)律。而且，隨著觀測次數(shù)的增加，偶然誤差的規(guī)律性表現(xiàn)得更加明顯。

⑶粗大誤差

在一定的測量條件下，超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差。

產(chǎn)生粗大誤差的主要原因如下：

⑴客觀原因：電壓突變、機(jī)械沖擊、外界震動、電磁（靜電）干擾、儀器故障等引起了測試儀器的測量值異?；虮粶y物品的位置相對移動，從而產(chǎn)生了粗大誤差。

⑵主觀原因：使用了有缺陷的量具；操作時疏忽大意；讀數(shù)、記錄、計算的錯誤等。另外，環(huán)境條件的反常突變因素也是產(chǎn)生這些誤差的原因。

三、測量誤差控制的方法

要控制測量誤差，首先要知道是哪一類型測量誤差，再根據(jù)所屬測量誤差類別，找出誤差原因，然后采取相應(yīng)的控制方法。因為測量類型不同，它們產(chǎn)生的誤差的原因不同，控制法也不一樣了。比如物理實驗室測量與液體測量、導(dǎo)線測量以及水準(zhǔn)測量等測量方法不一樣，使用的儀器也不相同，產(chǎn)生的誤差也不一樣。本文由于篇幅的關(guān)系，選擇在測量界最有代表的水準(zhǔn)測量誤差控制方法作簡要分析。

⒈儀器誤差

是指水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不平行于水準(zhǔn)管軸所產(chǎn)生的誤差。再精密的儀器即使測量前經(jīng)過嚴(yán)格的校正，也仍會有極小的誤差。由此而導(dǎo)致水準(zhǔn)管氣泡位中，水準(zhǔn)管軸。使在水平位置從望遠(yuǎn)鏡看準(zhǔn)軸而發(fā)生傾斜，最終使讀數(shù)有誤差。在觀測時可以通過前后視距相等（也叫中間法）、前視距離和等于后視距離總和（又叫距離補償法）來清除。

⒉觀測誤差

⑴符合水準(zhǔn)管氣泡居中的誤差

由于符合水準(zhǔn)氣泡未能做到嚴(yán)格居中，造成望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸傾斜，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。讀數(shù)誤差的大小與水準(zhǔn)管的靈敏度有關(guān)。此外，讀數(shù)誤差與視線長短度也有關(guān)系，視線越長誤差越大。

⑵讀數(shù)誤差

在水準(zhǔn)尺上毫米數(shù)的誤差，與人眼的分辨能力、望遠(yuǎn)鏡的放大倍率，以及視線長度有關(guān)。

⑶水準(zhǔn)尺的傾斜誤差

水準(zhǔn)尺倘若向視線兩邊傾斜，它的讀數(shù)是隨著尺子傾斜角度增大而增大。簡言之就是尺子傾斜角度對讀數(shù)有著直接影響。據(jù)有關(guān)資料記載：“在水準(zhǔn)測量時，立尺一定要使尺標(biāo)準(zhǔn)垂直，尺上的圓準(zhǔn)應(yīng)使氣泡居中，必要時可用搖尺法，即讀數(shù)時尺底置于點上，尺的上部視錢方向應(yīng)前后慢慢搖動，讀取最小的讀數(shù)。如果碰上坡度較大情況，特別要注意把尺子扶直，并相應(yīng)限制尺的最大的讀數(shù)?！盵1]

⒊外界條件和下沉的影響

⑴外界條件的影響（地球曲率和溫度）

以水平面代替水準(zhǔn)面時高程所產(chǎn)生的誤差要遠(yuǎn)大于測量高程的誤差。一定要考慮地球曲率對高程的影響，實測中采用中間法可消除。視線距離地面的角度不應(yīng)小于0.3m，并且其影響也可用中間法消除或減弱。除此之外，在考慮選時間時，應(yīng)先擇一天當(dāng)中的上午十點到下午四點，此時間段內(nèi)的大氣相對較穩(wěn)，可以避免大氣中折光干擾的影響。不過如果選擇中午前后的時間來觀測的話，尺像容易跳動，對讀數(shù)會產(chǎn)生影響，故要避開這時間段，在陰天或有微風(fēng)的天氣可全天觀測[2]。

⑵儀器下沉

水準(zhǔn)尺下沉的誤差是指儀器在遷過程中，轉(zhuǎn)點發(fā)生下沉，使遷站后的后視讀數(shù)增大，算得的高差也增大。如果采取往返測，往測高差增大，返測高差減小，所以取往返高差的平均值，可以減弱水準(zhǔn)尺下沉的影響?？刂圃撜`差的方法是在轉(zhuǎn)點放上尺墊，并且踩實，完全可以達(dá)到防止水準(zhǔn)尺下沉。

四、總結(jié)

控制消除或減少誤差的措施是在不斷加強(qiáng)測量操作工作的中的熟悉度，同時嚴(yán)格執(zhí)行上面分析的控制誤差的方法，才能提高測量的速度與質(zhì)量，才能把誤差有效地控制在精確度的要求內(nèi)，最后達(dá)到所理想效果。

參考文獻(xiàn)

[1]符倫興.淺談工程水測量誤差來源與精密度控制[J].科技信息，2009

[2]周昌賢.淺析水準(zhǔn)測量的誤差來源及控制方法[J].中國科技博覽，2010