水準(zhǔn)尺傾斜對水準(zhǔn)測量精度的影響分析

閆萬曉 公續(xù)升 馬佰順

摘 要：水準(zhǔn)測量因其操作簡便、精度較高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)、樓體監(jiān)測、地表形變沉降等諸多方面，利用水準(zhǔn)儀觀測斷層兩側(cè)高程變化是地震形變監(jiān)測的重要手段之一，但水準(zhǔn)測量過程中，其數(shù)據(jù)精度質(zhì)量與水準(zhǔn)尺的豎直程度密切相關(guān)。本文以水準(zhǔn)尺常用地圓水準(zhǔn)器檢測為例，探究水準(zhǔn)尺的傾斜對水準(zhǔn)高程測量結(jié)果的影響，并提出減少誤差影響的相關(guān)建議，提高觀測精度，獲得準(zhǔn)確的形變信息。

關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)尺傾斜；圓水準(zhǔn)器；測量精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.097

伴隨現(xiàn)代測繪技術(shù)的不斷發(fā)展，對于高程測量的采集產(chǎn)生許多新型測繪方法，比如無人機航測、激光雷達(dá)觀測、GPS高程測量等，此類技術(shù)雖然具備各自優(yōu)勢，但是在高程測量中還是無法全部替代傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀測量，特別針對地形變水準(zhǔn)測量，水準(zhǔn)觀測具有簡便、直觀、高效的優(yōu)勢，因此以圓水準(zhǔn)器來檢驗水準(zhǔn)尺豎直程度對高程測量的精度影響，具有一定的現(xiàn)實實踐意義，以此獲得準(zhǔn)確可靠的地殼形變信息，更好的運用于地震分析預(yù)報。

1 檢驗圓水準(zhǔn)器的方法

選擇距離在50米的地方，分別確定兩個點，這兩個點上架設(shè)水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)儀完成架設(shè)以后是對水準(zhǔn)尺的安裝，并且在安裝過程中要保證水準(zhǔn)尺中線或者是邊緣要和目鏡中的豎絲完全重合，若安裝完成以后，出現(xiàn)水準(zhǔn)氣泡向著OA方向偏離。采用解決方法是改正針調(diào)整圓水準(zhǔn)氣泡，調(diào)整到完全居中為宜；若安裝完成以后，水準(zhǔn)氣泡僅單一方向偏離，此時AO方向偏離無需調(diào)節(jié)，但若水準(zhǔn)尺旋轉(zhuǎn)90度，旋轉(zhuǎn)以后要求水準(zhǔn)尺側(cè)面朝向水準(zhǔn)儀，如出現(xiàn)水準(zhǔn)尺氣泡偏離情況，則需繼續(xù)調(diào)節(jié)。如此重復(fù)使用上面的方法進行調(diào)整，直到水平尺的氣泡是居中的狀態(tài)才能停止調(diào)整。當(dāng)然可使用別的方法代替，比如可使用全站儀來替代水準(zhǔn)儀的調(diào)整，同時使用全站儀驗證，還可把兩個點的距離縮短，驗證的過程中可先把全站儀平直放，撥動全站儀的水平制動螺旋，對其水平度盤的固定，固定以后只能使照著部豎直和在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，此時需使用目鏡中的豎絲，把豎絲作為標(biāo)準(zhǔn)來指示水平尺的豎直情況。若在目鏡中不能全部顯示水準(zhǔn)尺時，需使用上下旋動來調(diào)整，直到全部顯示為調(diào)整結(jié)束。

2 水準(zhǔn)尺傾斜帶來的影響

2.1 水準(zhǔn)尺傾斜方向?qū)y量精度的影響

水準(zhǔn)尺在發(fā)生傾斜中有兩種情況，一種是平行于刻度面的橫向傾斜；另一個是垂直于刻度面的縱向傾斜。在平行于刻度面的橫向斜中，水準(zhǔn)儀照的位置是水準(zhǔn)尺的A點上，這個時候的讀數(shù)是OA的距離，代表的是視線的高。但是在實際的距離中視線高應(yīng)該是OB的距離，這個時候產(chǎn)生的差，形成的原因是水準(zhǔn)尺的傾斜造成。把造成這種誤差記錄為Δ。垂直于刻度面的縱向傾斜中，水準(zhǔn)儀的讀數(shù)為OA，但是這個視線高也不是正確的，實際的視線高應(yīng)該是OB之間距離。當(dāng)水準(zhǔn)尺長度固定時，由于水準(zhǔn)尺的傾斜造成的測量視線產(chǎn)生的誤差，僅與水平尺偏離豎直方向的讀數(shù)和距離有關(guān)系，得出的結(jié)論是和水準(zhǔn)尺的傾斜方向沒有關(guān)系，即在傾斜的角度和讀數(shù)一定時，水準(zhǔn)尺無論朝向如何，其因傾斜造成的測量視線高差都是相等的。

2.2 水準(zhǔn)尺傾斜對單個測量站測量視線高的影響

根據(jù)國家的《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中，要求二等水準(zhǔn)測量中，測量的視線高不低于0.3m，且小于2.8m，因此按照普通尺長為2m和3m，偏離距離是1cm、2cm和4cm，根據(jù)這些數(shù)據(jù)來計算，就可根據(jù)上面的關(guān)系式得出Δ的數(shù)值。在《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中規(guī)定，二等水準(zhǔn)測量單位測量單個測量站中基輔劃分度數(shù)的誤差不能超過0.4mm。因此根據(jù)這個規(guī)定，由于水準(zhǔn)尺傾斜造成的視線高誤差不能超過0.4mm。只有在嚴(yán)格的控制住水準(zhǔn)尺的傾斜程度，使其偏離的值盡量縮小，最好是小于2cm，控制讀數(shù)的最大值，就可有效減少這樣的誤差。

3 引起水準(zhǔn)測量高程誤差的因素分析

在水準(zhǔn)觀測中，除水準(zhǔn)尺傾斜對測量精度造成的影響外，其它一些因素如：測量時光線、大氣溫度等也會對測量結(jié)果造成一定影響。

（1）儀器下沉因素影響。當(dāng)開展水準(zhǔn)測量的基礎(chǔ)為土質(zhì)松軟時，水準(zhǔn)測量儀器會緩慢造成下沉，觀察的時候視線相對降低，此類情況下會造成高差不準(zhǔn)確的誤差，為檢核該類誤差，高等級水準(zhǔn)觀測中通常采用的解決方法是對觀測的順序進行調(diào)整，可采用后、前、前、后的順序觀測，以有效降低、減弱和檢核水準(zhǔn)儀下沉影響，同時在測量的過程中，盡量把儀器放置在地面堅實的地方，并夯實三腳架。

（2）大氣溫度影響因素。溫度的變化中不僅會對大氣造成影響，使折光方式改變。而且在強烈的陽光照射下，水準(zhǔn)管中的汽包也會隨之溫度偏高的方向偏移，使儀器的數(shù)字發(fā)生不準(zhǔn)情況，從而產(chǎn)生水泡居中的誤差。解決的方式為在使用儀器測量時，需使用遮陽傘擋住陽光，使光線不能直接對儀器照射。

（3）系統(tǒng)誤差因素。系統(tǒng)誤差是指水準(zhǔn)儀，在經(jīng)過檢驗后所存在的固有誤差，主要表現(xiàn)的形式有為水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸的不平衡，即產(chǎn)生i角影響。盡管儀器使用前，對上述i角進行計算調(diào)整，但水準(zhǔn)儀內(nèi)部仍存在少量的固定系統(tǒng)誤差，其i角誤差的影響主要是和距離是成正比，觀測的時候若保證前后視距是大致相等，即可有效減少此類誤差的影響，因此使用水準(zhǔn)測量時要保證前后視距，即降低大氣與地球曲率影響，亦可降低i角因素引起的誤差影響。

4 結(jié)語

綜上所述，在水準(zhǔn)儀測量中水準(zhǔn)尺的傾斜帶來的影響主要包含兩方面，即為水準(zhǔn)尺傾斜方向?qū)y量精度的影響、水準(zhǔn)尺傾斜對單個測量站測量視線高的影響。同時對影響水準(zhǔn)測量精度原因分析中，針對儀器下沉、溫度影響，儀器自身系統(tǒng)誤差等因素提出了解決辦法。根據(jù)水準(zhǔn)測量的原理，有效規(guī)避上述誤差影響因子，降低對水準(zhǔn)觀測高程的影響權(quán)重，有助于提升地形變沉降測量的數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)資料質(zhì)量。

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作者簡介：閆萬曉（1984-），男，山東臨沂人，本科，助理工程師，從事水準(zhǔn)測量、數(shù)據(jù)應(yīng)用分析等相關(guān)的研究與管理工作。