公路測(cè)量中水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源與控制

黃再志

摘 要：水準(zhǔn)測(cè)量又稱幾何水準(zhǔn)測(cè)量，是利用幾何原理，借助水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測(cè)量地面兩點(diǎn)高度差的方式，是確定公路地面點(diǎn)高程的方法之一。水準(zhǔn)測(cè)量操作步驟包括儀器的安置、粗略整平、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺、精確整平和讀取數(shù)據(jù)等，操作過程比較繁瑣，每一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都可能造成測(cè)量結(jié)果的誤差。測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差主要受儀器和人為觀測(cè)兩個(gè)方面因素的影響，儀器的誤差和人為造成的誤差不容易被甄別，容易造成測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，以致影響公路工程的質(zhì)量和效率。本文對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，分析水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源，提出有效的措施對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量誤差進(jìn)行控制，確保水準(zhǔn)測(cè)量的精確性。

關(guān)鍵詞：公路測(cè)量；水準(zhǔn)測(cè)量；誤差；控制

在公路工程實(shí)施過程中，必然要對(duì)路面進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，掌握路面的高程數(shù)據(jù)和情況。然而在水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施過程中，包括儀器安置、粗略整平、瞄準(zhǔn)水平儀、精準(zhǔn)整平和讀取數(shù)據(jù)等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤和誤差，均會(huì)致使測(cè)量結(jié)果不精確，造成測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差。進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量并獲取精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)是保障公路工程質(zhì)量和效率的前提，對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源進(jìn)行分析和研究，并對(duì)影響誤差來源的因素進(jìn)行控制，提升水準(zhǔn)測(cè)量的精確性，可以有效的保障公路工程的質(zhì)量和效率。因此對(duì)影響水準(zhǔn)測(cè)量誤差的因素進(jìn)行分析和相應(yīng)的控制是非常有必要的。

一.水準(zhǔn)測(cè)量工作原理概述

公路工程水準(zhǔn)測(cè)量又稱幾何水準(zhǔn)測(cè)量，根據(jù)幾何原理，借助水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺，以水準(zhǔn)儀所安置的路面為基本參照，測(cè)量路面任意兩點(diǎn)的高度差。公路工程水準(zhǔn)測(cè)量的環(huán)節(jié)有儀器的安置、儀器的粗略整平、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺、儀器精確整平、讀取數(shù)據(jù)等。將三角架安置在路面的A點(diǎn)和B點(diǎn)之間，觀察三角架的水平泡是否居于中央位置，若三角架的水平泡不居于中央位置，調(diào)整三角架的三個(gè)角，當(dāng)三角架的水平泡居于中央位置時(shí)，三角架的平面就與路面水準(zhǔn)面保持平行，此時(shí)通過三角架的觀察儀，讀出A點(diǎn)的數(shù)據(jù)M，讀出B點(diǎn)的數(shù)據(jù)N，因此路面A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的高度差為hAB=a-b=M-N。水準(zhǔn)測(cè)量的工作原理圖見圖1。水準(zhǔn)測(cè)量利用直線平行的幾何原理，將三角架調(diào)整后使三角架平面與路面水準(zhǔn)面保持平行，那么安裝在三角架上的水平觀察儀射出的直線也與路機(jī)水準(zhǔn)面是平行關(guān)系，水平觀察儀的射線與A點(diǎn)處水準(zhǔn)尺和B點(diǎn)處水準(zhǔn)尺的垂直交點(diǎn)，分別就是A點(diǎn)和B點(diǎn)的讀數(shù)，因此經(jīng)過計(jì)算后就獲取了A點(diǎn)和B點(diǎn)的高度差。在水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施過程中，每個(gè)環(huán)節(jié)的操作均會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，從而影響水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，如儀器本身存在的誤差和人為觀測(cè)的誤差[1]。

二.水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源分析

公路工程水準(zhǔn)測(cè)量誤差影響因素包括儀器、人為觀測(cè)、外界環(huán)境三個(gè)方面。

（一）來自儀器本身的誤差

公路工程水準(zhǔn)測(cè)量所用的儀器包括水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺和尺墊。水準(zhǔn)儀可以提供和射出一條水平射線，包括望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座，其中望遠(yuǎn)鏡可以提供水平射線，通過水準(zhǔn)器可以判斷是否與路面水準(zhǔn)面保持平行，基座又稱三角架。第一，當(dāng)水準(zhǔn)器中的水泡居于中央時(shí)，可以認(rèn)為望遠(yuǎn)鏡射出的射線與路面水準(zhǔn)面成平行狀態(tài)，但是水準(zhǔn)器的制造過程中可能存在一定的誤差，致使水泡居于中央時(shí)望遠(yuǎn)鏡發(fā)出的射線與路面水準(zhǔn)面成不平行狀態(tài)，水泡不居于中央位置時(shí)望遠(yuǎn)鏡發(fā)出的射線與路面水準(zhǔn)面成平行狀態(tài)，因此水準(zhǔn)器本身的誤差，會(huì)對(duì)望遠(yuǎn)鏡的射線與路面水準(zhǔn)面的平行狀態(tài)造成影響和偏差；第二，水準(zhǔn)尺本身帶來的誤差會(huì)影響最終讀數(shù)的精確性，從而對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生影響[2]。

（二） 人為觀測(cè)帶來的誤差

在公路工程水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施過程中，需要多個(gè)人進(jìn)行通力合作，才能完成對(duì)路面高度差的測(cè)量和收集。在公路工程水準(zhǔn)測(cè)量過程中，首先要對(duì)水準(zhǔn)器的水泡進(jìn)行判斷，觀測(cè)是否居于中央位置，其次要分別讀出水準(zhǔn)尺上的數(shù)據(jù)，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，在水準(zhǔn)測(cè)量的每個(gè)環(huán)節(jié)，人為觀測(cè)均會(huì)存在一定的誤差。第一，由于人為觀測(cè)存在偏差，當(dāng)判斷水泡居于中央時(shí)，實(shí)際上望遠(yuǎn)鏡射出的射線與路面水準(zhǔn)面并不成平行狀態(tài)；第二，由于水準(zhǔn)測(cè)量過程中，分別有不同的人對(duì)A點(diǎn)和B點(diǎn)水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)，不同的人讀數(shù)方法不同，也會(huì)給測(cè)量數(shù)據(jù)帶來一定的誤差。

（三）外界自然環(huán)境帶來的誤差

在公路工程水準(zhǔn)測(cè)量過程中，外界環(huán)境是不穩(wěn)定和不受控制的，對(duì)儀器和人為觀測(cè)均能造成影響。第一，人為觀測(cè)時(shí)光線不好，致使人對(duì)儀器狀態(tài)的判斷和數(shù)據(jù)讀取產(chǎn)生偏差；第二，儀器受自然環(huán)境的影響可能產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，致使儀器產(chǎn)生一定的測(cè)量誤差；第三，外界自然環(huán)境的風(fēng)、雨、雪等自然現(xiàn)象均有可能對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量產(chǎn)生一定的影響[3]。

三.水準(zhǔn)測(cè)量誤差控制

在公路工程的水準(zhǔn)測(cè)量過程中，影響其測(cè)量精準(zhǔn)性的因素來自于儀器本身、人為觀測(cè)和外界因素等方面，對(duì)公路工程水準(zhǔn)測(cè)量的誤差控制就從儀器誤差、人為誤差、外界影響等方面進(jìn)行著手，控制每個(gè)環(huán)節(jié)的誤差，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（一）儀器誤差的控制

水準(zhǔn)測(cè)量中儀器的誤差會(huì)直接影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，對(duì)儀器的誤差進(jìn)行控制包括三個(gè)方面。第一，在公路工程水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施之前，對(duì)要使用的全部?jī)x器進(jìn)行檢查和校準(zhǔn)，如可以將水準(zhǔn)器安放在水平面上，以檢測(cè)水準(zhǔn)器的精準(zhǔn)性；第二，采用科學(xué)合理的測(cè)量方法，避免儀器帶來的誤差，如不使用尺長(zhǎng)誤差的標(biāo)尺；第三，提升儀器制造時(shí)的精度，并盡量避免人為觀測(cè)帶來的影響，如采取電子讀數(shù)和水準(zhǔn)器自動(dòng)整平等措施。

（二）人為觀測(cè)誤差的控制

水準(zhǔn)測(cè)量中人為觀測(cè)的誤差會(huì)直接影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，對(duì)人為觀測(cè)產(chǎn)生的誤差包括三個(gè)方面。第一，在水準(zhǔn)器的水泡判斷環(huán)節(jié)，采取多人合作判斷的方式，以減少和避免少數(shù)人判斷失誤的現(xiàn)象，如一個(gè)人判斷水泡居于中央位置后，另一個(gè)人再對(duì)水準(zhǔn)器的狀態(tài)進(jìn)行判斷，經(jīng)過反復(fù)的判斷，最終判斷水準(zhǔn)器的狀態(tài)；第二，在對(duì)水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)時(shí)，采用多人輪換讀取數(shù)據(jù)并求其平均值的方式，以減少個(gè)人失誤造成的偏差和影響；第三，采用科學(xué)合理的測(cè)量方法，如多個(gè)人共同讀取數(shù)據(jù)后，應(yīng)先將最高讀數(shù)和最低讀數(shù)去掉，然后求其平均值得出最終的數(shù)據(jù)。

（三）外界因素誤差控制

自然環(huán)境的外界因素會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響和偏差，但自然環(huán)境帶來的誤差和影響具有不穩(wěn)定性并且不受控制。因此為了避免和控制來自外界環(huán)境的因素，應(yīng)盡量選定睛朗、無風(fēng)雨的天氣，如避開光線強(qiáng)烈的中午和光線較弱的時(shí)段；盡量避開有風(fēng)、雨、雪等惡劣環(huán)境的天氣；盡量在水準(zhǔn)測(cè)量的前天關(guān)注天氣預(yù)報(bào)和天氣的變化，避免不良天氣對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量造成影響。

結(jié)語

公路工程水準(zhǔn)測(cè)量是利用幾何原理，借助水準(zhǔn)器、水準(zhǔn)尺和尺墊等儀器進(jìn)行路面高度差測(cè)量的方法。水準(zhǔn)測(cè)量的測(cè)量結(jié)果會(huì)對(duì)后期公路工程的施工造成一定的影響，控制水準(zhǔn)測(cè)量的精確性可以提升公路工程的質(zhì)量和效率。影響水準(zhǔn)測(cè)量誤差的因素有儀器因素、人為觀測(cè)因素和外界環(huán)境因素，要對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量中的每個(gè)環(huán)節(jié)和影響誤差因素進(jìn)行控制，才能提高水準(zhǔn)測(cè)量的精確性，進(jìn)而為公路工程的建設(shè)和實(shí)施提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，為公路工程的建設(shè)提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘昆鵬，賀海峰.淺析水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源及控制方法[J].科技視界，2013，（36）：419.

[2]陳承昀.公路水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源與控制探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，（6）.

[3]楊太秀.水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源及控制方法探析[J].價(jià)值工程，2013，（23）：102-103.

[4]孫海.水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源及控制方法探析[J].黑龍江科技信息，2013，（35）：65-65.