水利水電工程高程控制測量過程中的誤差來源及控制方法淺析

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710018)

由于工程建設(shè)各方對質(zhì)量的要求越來越越高，測繪工作作為工程建設(shè)的排頭兵，測繪成果質(zhì)量直接影響工程設(shè)計和施工。在控制測量中，水準(zhǔn)測量誤差來源的分析以及控制越來越重要。在外業(yè)作業(yè)過程中對可能出現(xiàn)的誤差源更好地控制，本文根據(jù)工程實踐經(jīng)驗討論水準(zhǔn)測量過程中誤差來源分析和控制方法提高作業(yè)效率，保證成果質(zhì)量。

1 水準(zhǔn)測量的現(xiàn)狀

2 水利水電工程水準(zhǔn)測量過程中出現(xiàn)的問題

水準(zhǔn)測量是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線在普通條碼尺上讀數(shù)，來測量兩點間高差，由已知點A高程聯(lián)測測區(qū)各布設(shè)各控制點最終閉合在已知點B通過A與B的理論高差與實測高差的差值來求得測區(qū)各控制點高程。水利水電工程測量儀器若使用徠卡250m電子水準(zhǔn)儀。每公里能達(dá)到的精度是0.7mm，我們在實際測量過程中按這個順序施行，在第二天施測前對前一天結(jié)束測段后復(fù)核結(jié)果。水利水電工程由于水準(zhǔn)測量線路較長已知點離測區(qū)較遠(yuǎn)，一般采用的線路為附和水準(zhǔn)線路，測量方法是兩個水準(zhǔn)測量小組由兩個已知點起，同時向測區(qū)施測，轉(zhuǎn)點由兩個人立水準(zhǔn)尺，各測段實測過程中沒有檢查、復(fù)核，為誤差的積累創(chuàng)造了條件，容易返工，影響外業(yè)工期。因此，從源頭分析水準(zhǔn)測量中的誤差，總結(jié)誤差出現(xiàn)的原因，提高成果質(zhì)量迫在眉睫。

3 水準(zhǔn)測量的誤差來源及分析

水準(zhǔn)測量的誤差來源主要有三方面：儀器誤差、觀測誤差、外界條件等三方面的影響

3.1 儀器誤差包括水準(zhǔn)儀誤差和水準(zhǔn)尺誤差

水準(zhǔn)儀經(jīng)鑒定后，依舊存在視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行的殘余誤差。作業(yè)過程中應(yīng)使前后視距保持在儀器允許的視距差范圍內(nèi)，在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理過程中可忽略該項誤差的影響。普通條碼尺誤差包括長度誤差、刻度劃分不準(zhǔn)確和零點誤差，普通條碼水準(zhǔn)尺經(jīng)長期使用易出現(xiàn)條碼磨損的情況出現(xiàn)。在作業(yè)過程中兩根水準(zhǔn)尺交替輪換使用，這種方法可是實測過程中零點誤差在高差計算過程中相互抵消。同時可以減弱刻劃誤差和尺長誤差的影響。普通條碼尺使用過程中應(yīng)盡量避免對條碼的磨損、尺面清潔、彎曲。

3.2 觀測誤差包括水準(zhǔn)氣泡居中誤差、儀器瞄準(zhǔn)誤差、水準(zhǔn)尺的傾斜誤差

水準(zhǔn)觀測時電子水準(zhǔn)儀是通過圓水準(zhǔn)器中的氣泡調(diào)整將儀器整平，由于觀測者眼睛分辨能力的限制，致使氣泡沒有嚴(yán)格居中產(chǎn)生的誤差，該誤差與視距成正比。儀器瞄準(zhǔn)誤差與人眼分辨能力、望遠(yuǎn)鏡放大賠率、及視線長度有關(guān)。作業(yè)過程中應(yīng)用反復(fù)用望遠(yuǎn)鏡缺口瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，轉(zhuǎn)動調(diào)焦螺旋使十字絲和水準(zhǔn)尺成像清晰。水準(zhǔn)尺傾斜誤差是立尺人員立尺過程中尺子未能與吃墊保持垂直，尺子傾斜或俯仰導(dǎo)致讀數(shù)增大或減小影響觀測精度。作業(yè)過程中應(yīng)將水準(zhǔn)尺上的氣泡居中，始終使水準(zhǔn)尺與尺墊保持垂直狀態(tài)。

3.3 外界條件包括地球曲率、大氣折光、儀器和水準(zhǔn)尺及尺墊下沉對成果精度的影響

靠近地面溫度較高，空氣密度較稀，由于強(qiáng)光的折射作用，使視線不成一條直線。因此視線離地面越近，折射越大，使尺子上的讀數(shù)改變。在用水平面代替水準(zhǔn)面的時候，應(yīng)該對地球曲率進(jìn)行充分的考慮。在作業(yè)過程中前后尺視距在儀器規(guī)定的范圍內(nèi)，這兩項誤差可消除。由于地面土質(zhì)疏松，以及儀器、腳架、尺子、尺墊的重量，使觀測過程腳架和尺墊下沉，造成測段高差變化。在作業(yè)過程中將腳架和尺墊踩實，以提高觀測精度。

4 提高水準(zhǔn)測量精度的方法

4.1 對儀器的控制

儀器的使用首先應(yīng)選擇經(jīng)儀器檢定機(jī)構(gòu)鑒定并貼有合格狀態(tài)表示的儀器及水準(zhǔn)尺，在施測前應(yīng)對水準(zhǔn)儀i角檢測，如果i角≧20″則必須進(jìn)行校正，當(dāng)i角≦20″時方可進(jìn)行施測。對于水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不平行所產(chǎn)生的誤差。在觀測的時候立尺人在這過程中起到關(guān)鍵作用，現(xiàn)用普通的皮尺對距離進(jìn)行測量，然后在立尺，進(jìn)行比較測量，這種方法簡單，并且容易實施。

4.2 操作上的控制

對于外業(yè)觀測人員的選擇應(yīng)遵循“持證上崗、有證優(yōu)先”的原則。施測前對作業(yè)人員進(jìn)行上崗證查驗，進(jìn)行國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范GB/T12898-2009中的限差的學(xué)習(xí)，按行業(yè)規(guī)范進(jìn)行崗前培訓(xùn)。挑選一批責(zé)任心強(qiáng)、業(yè)務(wù)技術(shù)水平過硬對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的通知參與水準(zhǔn)測量工作，選配工作經(jīng)驗豐富的技術(shù)骨干參與外業(yè)地形較復(fù)雜的項目，從根本上減少誤差。同時由于儀器的靈敏度很高，在進(jìn)行檢測工作是就要求按規(guī)范操作，減少誤差的出現(xiàn)，并加強(qiáng)監(jiān)督與控制。在進(jìn)行測量時應(yīng)注意氣泡的居中，可以使用搖尺法，簡單的說就是在讀取數(shù)據(jù)的時候在尺底置于點上，而尺子的上部分在視線的方向慢慢的搖動，在讀取最小的數(shù)值。如果地面的坡度比較大，應(yīng)該注意要將尺子扶正，在對其讀取數(shù)據(jù)。

4.3 對外部環(huán)境因素的控制

由于大氣的折光影響，實線與地面的距離對水準(zhǔn)測量的影響比較大，這個影響也可以采取中間法進(jìn)行消除。也可以找一個有利的時間段，在白天的時間當(dāng)中，日出之后的半小時一直到直落之前的半小時之內(nèi)，大氣的波動比較穩(wěn)定，對消除大氣折光的影響是很有效果的。但是，11：30～14：30之間進(jìn)行觀測的時候，尺像會有跳動，這對數(shù)據(jù)讀取的影響是很大的，所以應(yīng)該避開這段時間。此外，如果想減少誤差，還可以短視距、布設(shè)環(huán)線水準(zhǔn)網(wǎng)來減弱大氣折光對測量時的影響。

5 結(jié)語

由上面分析得出高程控制可測量觀測過程中誤差的出現(xiàn)是不可避免的，是無法完全消除的，但可以通過儀器的用前校檢、觀測者的按規(guī)范操作、選擇合適的外部觀測條件來減小誤差對測量成果的影響，從而提高高程控制的成果質(zhì)量，更好的為國家基礎(chǔ)建設(shè)服務(wù)。