水準測量誤差分析及控制方法探討

湯偉杰/廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院

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水準測量誤差分析及控制方法探討

湯偉杰/廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院

【摘 要】由于水準測量在社會生活中的到越來越廣泛的應用，對于測量中存在的問題及控制也引發(fā)了人們越來越多的關注。進行水準測量時，會受到各種誤差影響，包括儀器誤差、外界因素影響而產(chǎn)生的誤差和觀測誤差。通過對水準測量的誤差分析和控制可以有效的解決施工中存在的問題，對于設計施工具有深遠的意義。

【關鍵詞】水準測量；誤差；分析；控制

由于施工單位對質量的要求越來越越高，對水準測量的誤差來源以及控制分析越來越重要。在勘察的過程中可以對可能出現(xiàn)的問題更好地把握，使得分析研究更加具有針對性和方向性，有利于水準測量的順利實施和完成，保證測量結果更加可靠。

一、儀器誤差分析及控制方法

（一）視準軸與水準軸不平行的誤差

水準儀的視準軸與水準管軸不平行，在垂直面上投影的交角稱為i角。雖然經(jīng)過校正，但兩軸完全保持平行是困難的，仍然會存在少量的殘余誤差。因此造成水準管氣泡居中，水準管軸居于水平位置而望遠鏡視準軸卻發(fā)生傾斜，致使讀數(shù)誤差。這種誤差與視距長度成正比。 在控制方法方面，可以利用中間法或者距離補償法來消除測量誤差，中間法是指前后的視距相等，立尺人發(fā)揮著重要的作用，在對測量的距離進行測量后開始立尺，使得測量過程更加簡單有效。距離補償法要求前視距離和與后視距離總和相等，在實施上具有一定的難度，沒有中間法簡單易行。

（二）水準尺誤差

水準標尺的誤差包括三個方面，分別是尺長誤差和刻劃誤差以及零點差。其中尺長誤差是指尺子的長度不準確帶來的誤差，刻劃誤差是由于尺上的分化不均勻產(chǎn)生的誤差，零點差是由于零刻劃位置不精準造成的誤差。首先水準尺的分劃不精確、尺長發(fā)生變化、尺身彎曲都會給讀數(shù)造成誤差。此外，由于水準尺長期使用導致尺底端零點磨損，或者是水準尺的底端沾上泥土改變了水準尺的零點位置。因此，在對于精密程度較高的水準測量上，一定要選擇刻劃誤差以及尺長誤差較低的標尺并且交叉使用，在測段站數(shù)目方面設為偶數(shù)，這樣可以有效地避免對零點差的影響，從而大大的提升測量的精度。

二、觀測誤差分析及控制方法

觀測誤差是與觀測過程有關的誤差項，主要因為觀測者自身素質、人眼判斷能力及儀器本身精度限制所導致。因此，要減弱這些誤差項的影響，要求測量工作人員嚴格、認真遵守操作規(guī)程。

（一）水準管氣泡的居中誤差

由于符合水準氣泡未能做到嚴格居中，造成望遠鏡視準軸傾斜，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。讀數(shù)誤差的大小與水準管的靈敏度有關，與視線長度成正比。根據(jù)公式m居=0.1·τ·S/ρ，DS3級水準儀水準管的分劃值一般為20″，視線長度S為75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm。由此看來，只要觀測時符合水準管氣泡能夠認真仔細進行居中，且對視線長度加以限制，此誤差可以消除。

（二）水準尺傾斜的影響誤差

水準尺傾斜誤差是測量過程中常見的問題，也是常常被忽略的部分。在測量的過程中水準尺發(fā)生傾斜時，如果只是水平上的傾斜很容易被察覺出來，而一旦傾斜的方向和視線方向同步的話很難被發(fā)現(xiàn)。水準尺的傾斜會使得觀測在讀數(shù)上產(chǎn)生誤差，并且使讀書結果超過正常的測量水平。這是由于水準尺的傾斜角以及尺上數(shù)字的大小決定的，傾斜角和讀數(shù)越大，對讀數(shù)的影響就越大，反之，傾斜角和讀數(shù)越小，對讀數(shù)的影響就相對越小。要想有效的避免水準尺的傾斜誤差，還應該關注立尺的環(huán)節(jié)，在水準測量中，立尺是一項十分重要的工作，一定要認真立尺，使尺處于鉛垂位置。

（三）照準標尺分劃誤差

照準標尺分化誤差是指在測量的過程中造成的觀測尺像與十字絲平面不重合，如果觀測時眼睛所處的位置不同，相應的讀數(shù)也會產(chǎn)生不同程度的差異，造成觀測誤差。要想有效的避免照準標尺分化誤差，在觀測的過程中應該仔細的調整物鏡對光，提高可見效果。在一些專業(yè)領域的測量中還運用到了光學測微器，可以最大程度的讀取標尺上的讀數(shù)。

（四）估讀水準尺的誤差

水準尺估讀毫米數(shù)的誤差大小與望遠鏡的放大倍率以及視線長度有關。在測量作業(yè)中，應遵循不同等級的水準測量對望遠鏡放大倍率和最大視線長度的規(guī)定，以保證估讀精度。

三、外界條件影響的誤差分析及控制方法

（一）儀器下沉誤差

儀器安置在土質松軟的地方，腳架如未踏實，在觀測過程中，儀器受自重和人在周圍走動的影響，往往下沉。如果觀測程序是先后視再前視，則前視讀數(shù)變小，高差增大。這種誤差對總高差的影響是積累性的，往返測取平均值則可抵消一部分的影響。為了減少儀器下沉對水準測量的影響，應選堅實的地點安置儀器，腳架要踏實，觀測速度要提高。儀器下沉誤差的影響在春暖化凍或沼澤地區(qū)尤其應當注意。

1.儀器下沉（或上升）所引起的誤差。儀器下沉（或上升）的速度與時間成正比。為了減弱此項誤差的影響，可以在同一測站進行第二次觀測，而且第二次觀測應先讀前視讀數(shù)，再讀后視讀數(shù)，取兩次高差的平均值。

2.水準尺下沉（或上升）引起的誤差是指儀器在遷站過程中，轉點發(fā)生下沉（或上升），使遷站后的后視讀數(shù)增大（或減?。?，算得的高差也增大（或減小），往測和返測時水準尺下沉（或上升）量是相同的，由于誤差符號相同，而往測和返測高差符號相反，因此取往測和返測高差的平均值可消除其影響。

（二）轉點下沉誤差

和儀器下沉原因一樣，為了減少這種誤差的影響，應選堅實處做轉點；使用尺墊時，要用力踏實，觀測過程中保護好轉點位置。同樣也可取往返觀測結果的平均值來抵消一部分的影響。

（三）溫度的變化造成誤差

水準測量通常是在是在室外進行的，測量環(huán)境的溫度變化大，對測量的精度會產(chǎn)生一定的影響。在測量的過程中，溫度的變化與標尺讀數(shù)是成反比變化的。在前后距離保持相等的條件下，i角與溫度變化成正比。如果讀數(shù)的間隔保持不變可以有效地消除i角對讀數(shù)的影響。因此，在觀測順序的選擇上應該根據(jù)不同等級的水準測量做出，在測量的過程中盡量保持溫度不要太大幅度的變化，并根據(jù)客觀的環(huán)境制定詳細的檢測方案。

（四）大氣層折光的影響

由于愈靠近地面空氣密度愈大，視線通過不同密度的介質而產(chǎn)生折射，所以實際上視線并不水平而是呈彎曲狀，這就是大氣折光的影響。在平坦地區(qū)測量，如果前、后視距離相等，距離地面的高度也大致相同，則折光影響相同，視線彎曲程度也相同，在高差計算中就可以消除這種誤差影響。當水準測量通過一個較長的坡度時，由于前視視線離地面的高度總是大于（或小于）后視視線離地面的高度，這時，垂直折光對高差就會產(chǎn)生系統(tǒng)性質誤差影響。為了減弱垂直折光對觀測高差的影響，應使前后視距盡量相等，并使視線離地面有足夠的高度，在坡度較大的水準路線上進行作業(yè)時也應適當縮短視距。

四、結語

總之，測量中操作熟練，提高觀測的速度，采取規(guī)范的辦法，嚴格執(zhí)行正確步驟，才能得到正確的結果。水準測量中我們應該對各環(huán)節(jié)中可能產(chǎn)生的誤差加以注意，運用正確有效的控制方法消除或減弱誤差，這樣才能提高測量準確性。

參考文獻：

[1]武漢測繪科技大學編寫組.測量學[M]北京：測繪出版社1996.

[2]符倫興.淺談工程水準測量的誤差來源與精度控制[J]科技信息2009，12.