二等水準(zhǔn)測量誤差分析與控制

鐘元華

(朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 朔州 036002)

二等水準(zhǔn)測量誤差分析與控制

鐘元華

(朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 朔州 036002)

測繪技術(shù)的飛速發(fā)展，使數(shù)字水準(zhǔn)儀在工程測量中的應(yīng)用非常廣泛，極大地提高了測量精度和工作效率。本文分析了數(shù)字水準(zhǔn)儀在二等閉合水準(zhǔn)路線測量中的應(yīng)用，提出了減小測量誤差的方法和措施。

科力達(dá)DL2007數(shù)字水準(zhǔn)儀； 二等閉合水準(zhǔn)測量；誤差分析與控制

1 國家水準(zhǔn)測量的等級

我國已經(jīng)在全國范圍內(nèi)通過水準(zhǔn)測量的方法建立了統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)。國家水準(zhǔn)測量按照精度不同常分為一、二、三、四等四個等級。一、二等水準(zhǔn)測量統(tǒng)稱為精密水準(zhǔn)測量，所用的水準(zhǔn)儀器為S05、S1型或數(shù)字水準(zhǔn)儀。國家三、四等水準(zhǔn)測量可以直接提供地形測圖和各種工程建設(shè)所必須的高程控制點(diǎn)。一、二、三、四等水準(zhǔn)測量的精度逐級降低。

2 二等閉合水準(zhǔn)路線測量應(yīng)用實(shí)例分析

閉合水準(zhǔn)路線是水準(zhǔn)路線的一種布設(shè)形式。它是指從已知水準(zhǔn)點(diǎn)BMA出發(fā)，沿一條環(huán)形路線經(jīng)過待定高程的D、E、F等點(diǎn)，最后又回到原已知點(diǎn)A的水準(zhǔn)路線。在參加山西省第八屆職業(yè)院校測繪測量技能大賽訓(xùn)練過程中，我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生們在校園里布設(shè)了閉合水準(zhǔn)路線，用科力達(dá)數(shù)字水準(zhǔn)儀多次進(jìn)行了二等水準(zhǔn)測量練習(xí)，提高了學(xué)生的動手操作能力。

2.1 閉合水準(zhǔn)路線的選擇

根據(jù)《工程測量規(guī)范》GB 50026—2007和《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》GB/T12897—2006的要求，通過實(shí)地踏勘，在校園里選擇了一條沿地基穩(wěn)定、坡度較小、行人車輛較少的公路而布設(shè)的閉合水準(zhǔn)路線，確定了3個待求水準(zhǔn)點(diǎn)D、E、F和1個假設(shè)高程已知的點(diǎn)BMA。并在水準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)立了水準(zhǔn)標(biāo)志。水準(zhǔn)路線長度約1 km。

2.2 二等水準(zhǔn)路線測量所用儀器設(shè)備

2.2.1 二等水準(zhǔn)測量需要配備儀器設(shè)備

根據(jù)技能大賽競賽的要求，二等水準(zhǔn)測量需要配備儀器設(shè)備：

1) 南方或科力達(dá)DL2007數(shù)字水準(zhǔn)儀：含木腳架1副、2 m數(shù)碼標(biāo)尺1對、2個撐桿及2個尺墊(3 kg)[1]。

2) 50 m測繩(根據(jù)參賽隊(duì)的要求配發(fā))[1]。

2.2.2 數(shù)字水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)

1) 自動顯示讀數(shù)和儲存數(shù)據(jù)：對于數(shù)字水準(zhǔn)儀，其基本工作原理是：測量人員瞄準(zhǔn)條碼標(biāo)尺調(diào)焦后，標(biāo)尺的像經(jīng)過分光鏡之后，一路成像在分劃板上，用于觀測者觀測；另一路成像在探測器上，用于電子讀數(shù)，即標(biāo)尺讀數(shù)和水平距離讀數(shù)。這樣觀測值就以數(shù)字顯示，減免了觀測人員的人為讀數(shù)誤差。另外，儀器可對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動的記錄、檢核及處理，還可以直接把儀器中的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲或處理，實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外業(yè)的一體化[2]。

2) 操作簡便效率高速度快：數(shù)字水準(zhǔn)儀操作時只要按鍵和調(diào)焦就可以自動地顯示讀數(shù)，即使非專業(yè)的作業(yè)人員也能很快熟練地操作儀器，測量速度很快；同時也減輕了測量人員的作業(yè)勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。

3) 測量精度高：由于標(biāo)尺讀數(shù)和視距讀數(shù)都是大量的條碼分劃圖象經(jīng)過處理后取平均獲得的數(shù)值，標(biāo)尺分劃誤差的影響降低了，測量精度提高了。

數(shù)字水準(zhǔn)儀常用于國家二等水準(zhǔn)測量及精密沉降觀測等應(yīng)用。

2.3 閉合水準(zhǔn)路線BMA-D-E-F-BMA各測段的觀測、記錄和數(shù)據(jù)的計(jì)算

2.3.1 第一測段BMA-D的觀測和數(shù)據(jù)的記錄計(jì)算

根據(jù)大賽的要求，水準(zhǔn)路線采用單程觀測，每個測段的測站數(shù)為偶數(shù)，常設(shè)為四個測站，每個測站測兩次高差，奇數(shù)站觀測水準(zhǔn)尺的順序?yàn)楹?前-前-后，偶數(shù)站觀測順序?yàn)榍?后-后-前。除路線轉(zhuǎn)彎處，每站上儀器與前后視條碼標(biāo)尺盡量接近一條直線。下表為二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求。

表1 二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求

1) 第一測段BMA-D第一個測站的觀測

首先在第一個測站兩水準(zhǔn)點(diǎn)中間安置數(shù)字水準(zhǔn)儀，之后整平儀器(旋轉(zhuǎn)三個角螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中)，然后瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)上的條碼標(biāo)尺并進(jìn)行調(diào)焦。 開機(jī)后，設(shè)置儀器的幾項(xiàng)參數(shù)，選擇標(biāo)準(zhǔn)測量模式下的標(biāo)準(zhǔn)測量，按MEAS鍵開始測量，屏幕上自動顯示標(biāo)尺均值和視距均值時，記錄數(shù)據(jù)。然后調(diào)轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，瞄準(zhǔn)前視點(diǎn)上的標(biāo)尺，此時應(yīng)盡量避免調(diào)焦，記錄數(shù)據(jù)。遵循奇數(shù)站后前前后的觀測順序，依次把數(shù)據(jù)記錄到記錄表中。然后計(jì)算兩次高差，如其差值滿足上表要求，取其平均值作為這一測站高差，儀器搬站，進(jìn)行下一測站測量；如其差值大于0.6 mm，則進(jìn)行重測，直到符合要求為止。注意：高差取位到0.00001 m,高程取位到0.001 m。

2) 第一測段BMA-D數(shù)據(jù)記錄表(見表2)

2.3.2 二等閉合水準(zhǔn)路線BMA-D-E-F-BMA的高差配賦和高程計(jì)算表(見表3)

3 二等水準(zhǔn)測量誤差分析與控制

水準(zhǔn)測量的誤差常包括儀器誤差、操作誤差和外界條件的影響這三方面。

3.1 儀器誤差

儀器誤差主要是指i角誤差和水準(zhǔn)尺的零點(diǎn)差。

i角是指水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行而在豎直面上投影的夾角[4]?，F(xiàn)在使用的數(shù)字水準(zhǔn)儀性能很優(yōu)越，能滿足二等水準(zhǔn)測量的精度要求。但是由于受到外界環(huán)境等因素的影響,數(shù)字水準(zhǔn)儀的i角可能超限,從而影響測量的精度,所以在使用前要對數(shù)字水準(zhǔn)儀i角進(jìn)行校正，這是保證水準(zhǔn)測量結(jié)果的重要前提。另外，在測量過程中對每個測站的后、前視距離之差和后、前視距離的累積差規(guī)定一個限值，照準(zhǔn)同一個測站的前、后視標(biāo)尺時盡量避免調(diào)焦，在陽光下測量要用傘遮住儀器等，都可以減弱或消除i角誤差的影響。

表2 二等水準(zhǔn)測量外業(yè)觀測手簿

與數(shù)字水準(zhǔn)儀配套使用的是條碼標(biāo)尺，由于標(biāo)尺刻劃的不準(zhǔn)確性以及尺子本身長度變化、彎曲等因素的影響，水準(zhǔn)尺在使用前也要進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。而對于兩水準(zhǔn)標(biāo)尺的零點(diǎn)差，可以通過在一測段將測站數(shù)設(shè)成偶數(shù)，且在相鄰測站上使兩標(biāo)尺輪流作為前視尺和后視尺等方法予以消除。

3.2 操作誤差

雖然數(shù)字水準(zhǔn)儀具有自動讀數(shù)的特點(diǎn)，消除了人為讀數(shù)誤差的影響，也不像微傾式水準(zhǔn)儀進(jìn)行人工精平操作，但是在整平儀器、調(diào)焦，豎立標(biāo)尺時仍然存在人為誤差的影響。

在整平儀器時，注意要遵守“左手拇指”定則即左手大拇指旋轉(zhuǎn)腳螺旋的方向，也就是氣泡移動的方向。不可盲目地轉(zhuǎn)動腳螺旋。要注意儀器轉(zhuǎn)到任何一個方向，氣泡都要居中。操作過程中要認(rèn)真仔細(xì)，才能提高測量的精度。

在調(diào)焦過程中，如果調(diào)焦質(zhì)量不高、所成的像不是很清晰，數(shù)字水準(zhǔn)儀自動測量的結(jié)果也就不準(zhǔn)確，必然會影響測量精度。這就要求測量人員在操作時認(rèn)真仔細(xì)，旋轉(zhuǎn)調(diào)焦手輪時動作要輕，使十字絲像非常清晰，標(biāo)尺的像能準(zhǔn)確地聚集在CCD上，這樣才能準(zhǔn)確的反映測量值，所以保證每站的調(diào)焦質(zhì)量至關(guān)重要。

在水準(zhǔn)測量讀數(shù)時，如果水準(zhǔn)尺在視線方向前后傾斜，會造成讀數(shù)總會偏大。視線越靠近尺的頂端位置，誤差也就越大。所以扶持員要注意使標(biāo)尺上的圓水準(zhǔn)氣泡保持居中或者使用配套的可調(diào)節(jié)升降尺撐使圓水準(zhǔn)氣泡居中，從而提高扶尺質(zhì)量，保證測量精度。

3.3 外界條件的影響

3.3.1 地球曲率及大氣折光的影響

在測量工作中，用水平面代替大地水準(zhǔn)面對高程產(chǎn)生的影響(即地球曲率因素的影響)會隨著視線長度的增加而增加。視線在大氣中穿過時，也會受到大氣折光因素的影響，視線離地面越近，視線越長，大氣折光的影響也就越大[4]。為減弱這兩種因素的影響，常采用一測站上前、后視距離相等的方法，另外像表1二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求規(guī)定的對視線長度和視線高度的控制也可減弱它們的影響。

3.3.2 振動對測量成果的影響

水準(zhǔn)路線常布設(shè)在交通繁忙的公路上，車輛通過時容易造成空氣的抖動和地面的震動，數(shù)字水準(zhǔn)儀對這些震動非常地敏感，從而造成這些測段誤差大，高差閉合差易超限。因此要選擇有利的觀測時間，注意選擇穩(wěn)定的地方設(shè)站、立尺，減弱補(bǔ)償器振動和地面震動對測量成果的影響，保證測量成果的有效性，提高測量精度。

4 結(jié)論

數(shù)字水準(zhǔn)儀在二等水準(zhǔn)測量中的應(yīng)用，使測量過程簡便、易操作，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，大大節(jié)約了人力和時間，提高了工作效率。測量過程中要嚴(yán)格執(zhí)行二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求和工程測量規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定，按操作程序進(jìn)行，并注意減小外界條件造成的影響，才會獲得有效數(shù)據(jù)，減小測量誤差，提高測量精度。

[1] 2014山西省第八屆職業(yè)院校技能大賽(高職學(xué)生組)工程測量賽項(xiàng)技術(shù)規(guī)程[Z].運(yùn)城:山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2014.

[2] 潘正風(fēng)，程效軍，成樞,等．?dāng)?shù)字測圖原理與方法[M].第2版．武漢：武漢大學(xué)出版社,2013.

[3] 國家測繪局．GB/T12897—2006國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[4] 金為民.測量[M].第2版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社.2016.

Error Analysis and Control of Second-class Leveling Surveying

Zhong Yuanhua

(ShuozhouVocationalandTechnicalCollege,ShuozhouShanxi036002,China)

With the rapid development of surveying and mapping technology, the digital level is widely used in the engineering survey, and greatly improves the measuring accuracy and the working efficiency. This paper analyzes the application of digital level on closed second-class leveling surveying. Then, the it puts forward the methods and measures for decreasing the measurement errors.

Kelida DL2007 digital level; closed second-class leveling surveying; error analysis and control

2017-05-26

鐘元華(1971- ),女,山西朔州人, 高級講師,大學(xué)本科,研究方向：測量與礦山測量。

1674- 4578(2017)04- 0028- 03

P224.1

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