精密水準(zhǔn)測(cè)量誤差控制策略探討

池國(guó)民,閆萬(wàn)曉,胡尊迎（.山東省地震局安丘地震臺(tái),山東　安丘　600;　.山東省地震局郯城馬陵山地震臺(tái),山東　郯城　7600）

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精密水準(zhǔn)測(cè)量誤差控制策略探討

池國(guó)民1,閆萬(wàn)曉2,胡尊迎2
（1.山東省地震局安丘地震臺(tái),山東安丘262100;2.山東省地震局郯城馬陵山地震臺(tái),山東郯城276100）

摘 要：本文主要是探討在地震監(jiān)測(cè)中如何精密水準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)精密水準(zhǔn)測(cè)量的誤差進(jìn)行分析，并提出解決方案。通過(guò)對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量誤差控制的分析，總結(jié)誤差產(chǎn)生的原因，從而找出有效的控制方法，這是本文的研究意義。

關(guān)鍵詞：地震；精密水準(zhǔn)測(cè)量；誤差控制

0　引言

我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，地震活動(dòng)比較頻繁，同時(shí)地震的強(qiáng)度也很大，分布還十分廣泛。對(duì)于地震帶來(lái)的災(zāi)害，大家都是印象深刻，一般都會(huì)造成很壞影響，國(guó)家對(duì)于這方面的重視也是很認(rèn)真的。目前的地震監(jiān)測(cè)手段主要是這幾種：甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量VLBI衛(wèi)星測(cè)距、SLR、全球定位系統(tǒng)GPS和精密水準(zhǔn)測(cè)量等方式。在實(shí)際的監(jiān)測(cè)中有很多造成誤差的原因，以下就是針對(duì)這些誤差進(jìn)行的分析同時(shí)提出一定的解決方案，供精密水準(zhǔn)測(cè)量工作者參考。

1　關(guān)于儀器誤差的分析

儀器誤差一般包括角誤差、氣泡居中誤差、水準(zhǔn)尺刻畫誤差、水準(zhǔn)尺每米長(zhǎng)度誤差、一對(duì)水準(zhǔn)尺零點(diǎn)差引起的誤差等等。在實(shí)際工作中由于現(xiàn)在科技的進(jìn)步，所以儀器和標(biāo)尺準(zhǔn)確度都相當(dāng)高了，在觀測(cè)的時(shí)候工作人員需要在操作手法上進(jìn)行規(guī)范。接下來(lái)主要是分析儀器中常見(jiàn)的一些問(wèn)題和控制方法。

（1）角誤差。角誤差一般就是我們說(shuō)的視準(zhǔn)軸和水準(zhǔn)軸不是平行的狀態(tài)，在校正水準(zhǔn)儀各軸之間的平行度之后，調(diào)整水準(zhǔn)儀，保持前后視距的相等。I角保持不變，這樣可以有效消除誤差；I角變化不大的時(shí)候這種誤差相對(duì)的比較小，一等精密水準(zhǔn)一般不會(huì)超過(guò)±4s。

（2）氣泡居中誤差。儀器中的氣泡在實(shí)際工作中是很難完全居中的，只能說(shuō)是工作人員盡量保持氣泡居中，一般在工作中都是采用一半矯正法[1]?，F(xiàn)在由于科技的進(jìn)步，比較先進(jìn)的一些電子儀器也可以消除這種誤差，使用先進(jìn)的電子水準(zhǔn)儀，可以有效消除這種誤差。

（3）水準(zhǔn)尺刻劃誤差?？坛咴谏a(chǎn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些一些殘次品或不合格的產(chǎn)品，工作人員在使用的時(shí)候要避免這種產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)之后應(yīng)該及時(shí)更換呈準(zhǔn)確的刻尺，避免這種誤差出現(xiàn)。

（4）水準(zhǔn)尺每米長(zhǎng)度誤差。f是水準(zhǔn)尺每米間隔平均真長(zhǎng)誤差，h是一個(gè)測(cè)站的觀測(cè)高差，其改正數(shù)為a=fh，對(duì)整個(gè)測(cè)段來(lái)說(shuō)，∑a=∑fh，h為整個(gè)測(cè)段各個(gè)測(cè)站觀測(cè)高差之和。對(duì)于水準(zhǔn)尺零點(diǎn)差引起的誤差可以通過(guò)測(cè)站總數(shù)為偶數(shù)來(lái)消除。

2　關(guān)于人為誤差的分析

（1）水準(zhǔn)標(biāo)尺不穩(wěn)。水準(zhǔn)尺在測(cè)量中必須要垂直于尺樁或者是尺臺(tái)，如果水準(zhǔn)標(biāo)尺發(fā)生偏移，就會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)比實(shí)際值偏大，累積下來(lái)就會(huì)使這一段的數(shù)值出現(xiàn)誤差，降低水準(zhǔn)測(cè)量的精度，如果誤差嚴(yán)重，很有可能返工重測(cè)[2]。為減小這種誤差，可以使用裝有水準(zhǔn)器的標(biāo)尺，可以有效減小標(biāo)尺的傾斜程度，降低誤差影響。

（2）三腳架不穩(wěn)定。測(cè)量的設(shè)備要架在結(jié)石穩(wěn)定的地面上，如果地面不平就會(huì)產(chǎn)生誤差，所以在測(cè)量的時(shí)候先要用腳把地面踩實(shí)，增加地面的穩(wěn)定性和結(jié)實(shí)性。

（3）尺墊或尺樁穩(wěn)定性差。在轉(zhuǎn)點(diǎn)如果尺標(biāo)有下沉的現(xiàn)象，后視讀數(shù)就很有可能會(huì)增加，這樣就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的誤差現(xiàn)象。工作人員為避免這種情況，就應(yīng)該把尺墊放在牢固的土壤里，用往返測(cè)量的方式減小誤差[3]。這樣可以節(jié)省工作人員的時(shí)間。

（4）視差.十字絲平面和水準(zhǔn)尺影像不重合就會(huì)產(chǎn)生讀數(shù)上的錯(cuò)誤，工作人員在看的時(shí)候要小心調(diào)節(jié)焦距，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤，同時(shí)在觀測(cè)的時(shí)候不可以經(jīng)常調(diào)節(jié)焦距。為避免這種誤差，在觀測(cè)的時(shí)候要保持前后視距相等，或者保持在一定的范圍內(nèi)，可以有效降低讀數(shù)方面的誤差。

（5）照準(zhǔn)和讀數(shù)誤差。水準(zhǔn)尺上的毫米位一般是估讀，這對(duì)工作人員自身的專業(yè)素質(zhì)要求就比較高了，需要工作人員根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估讀，讀數(shù)的誤差有可能會(huì)大，也有可能會(huì)小，一般的計(jì)算公式是：mv=60"D/vρ"。在這個(gè)公式中v是望遠(yuǎn)鏡的放大率，60"是人眼能分辨的最小角度。想要避免這種誤差。就需要工作人員在讀數(shù)的時(shí)候仔細(xì)認(rèn)真，防止出現(xiàn)類似的情況。

（6）其他人為因素。水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)標(biāo)尺的距離不應(yīng)該太長(zhǎng)，在實(shí)際測(cè)量中，坡度大的山路一般是10—20m，平路為20—30m。夾十字絲要養(yǎng)成一個(gè)良好的習(xí)慣，用眼睛定住十字絲，一般來(lái)說(shuō)往返的測(cè)量者應(yīng)該是同一個(gè)人，這樣可以有效避免換人帶來(lái)的誤差。通常的讀數(shù)順序是：往測(cè)奇數(shù)站：后，前，前，后；往測(cè)偶數(shù)站：前，后，后，前。

3　對(duì)自然因素誤差的分析

（1）溫度變化。溫度發(fā)生變化，水標(biāo)尺很可能因熱脹冷縮的原理發(fā)生變化，造成讀數(shù)出現(xiàn)誤差，這是自然因素，工作人員本身是難以抗拒的，所以在測(cè)量讀數(shù)的時(shí)候要避免溫度過(guò)高或過(guò)低的時(shí)候測(cè)量，要選擇一個(gè)比較合適的溫度進(jìn)行測(cè)量，這樣的出的數(shù)據(jù)是比較準(zhǔn)確的。

（2）大氣折光引起的誤差?？諝庵械臏囟热绻痪鶆蚓蜁?huì)產(chǎn)生光線折射，這樣儀器的視線就很難達(dá)到統(tǒng)一，天氣熱的時(shí)候，地面的溫度比較高，所以靠近地面的標(biāo)尺就會(huì)變大，為了避免這種狀況，一般都要求視線必須高出地面0.5m，同時(shí)避免在中午前后觀測(cè)。大氣折光誤差公式是：r=p/7=D2/14R。地球曲率和大氣折光的影響是同時(shí)存在的，兩者讀數(shù)的總影響值為f=p-r。

（3）受水面反射的影響。觀測(cè)時(shí)不可以讓儀器和前后標(biāo)尺三者共線，要讓儀器、前后標(biāo)尺三者形成一條折線向前推進(jìn)，同時(shí)也可以縮短視距，減小讀數(shù)誤差。在觀測(cè)的時(shí)候要盡力避開比較大的振動(dòng)源或者高壓，必要時(shí)可停止觀測(cè)。

（4）氣候、熱力、引力等影響因素。在觀測(cè)過(guò)程中，日月位置會(huì)發(fā)生變化，測(cè)線方向變化等不可抗拒的因素會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)產(chǎn)生誤差，還需要我們進(jìn)一步去研究、探索，科技的進(jìn)步會(huì)逐漸改善這些誤差的影響。

4　結(jié)束語(yǔ)

引起精密水準(zhǔn)測(cè)量的誤差有很多因素，包括儀器設(shè)備、自然環(huán)境、人為因素等多個(gè)方面。在實(shí)際工作中應(yīng)該盡量，取得最好的測(cè)量結(jié)果，為地震監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確的消息，避免災(zāi)難事故的發(fā)生。目前我國(guó)對(duì)于精密水準(zhǔn)測(cè)量的誤差控制已經(jīng)取得了初步的成效，但是還需要更多的研究，本文主要是對(duì)誤差的控制提供了一個(gè)研究方向，希望可以為測(cè)量工作者提供一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁振英,牟秀珍,李明.論精密水準(zhǔn)測(cè)量的誤差傳播、精度估計(jì)和質(zhì)量控制[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),1997(03):13-20.

[2]郝明.基于精密水準(zhǔn)數(shù)據(jù)的青藏高原東緣現(xiàn)今地殼垂直運(yùn)動(dòng)與典型地震同震及震后垂直形變研究[D].中國(guó)地震局地質(zhì)研究所,2012.

[3]王利.地質(zhì)災(zāi)害高精度GPS監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2014.

作者簡(jiǎn)介：池國(guó)民（1987-），男，山東諸城人,本科，助理工程師，主要從事：大地水準(zhǔn)測(cè)量工作。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.207