水准测量误差分析及控制方法

水准测量误差分析及控制方法
【摘要】进行水准测量时，会受到各种误差影响，包括仪器误差、外界因素影响而产生的误差和观测误差。

本文就各种误差产生的原因及对水准测量的影响规律进行分析，提出消除或减弱误差的控制方法。

【关键词】水准测量；误差分析；控制方法
水准测量是确定公路工程地面点高程的方法之一，是高程测量中精度较高且常用的方法。

水准测量是根据几何原理，使用水准仪、水准尺和尺垫作为工具，利用水平视线来测定两点间高差。

水准测量实施过程中，需要几个人合作才能完成，误差允许范围内的精度由于仪器和人为的影响而不容易控制，而且易出现隐蔽性错误，如果不能及早发现，基础资料是错误的，从而水准点高程不正确，直接影响路线纵断面设计和施工。

因此，有必要分析水准测量的误差，找出控制纠正的方法，避免错误的出现。

1 仪器误差
1.1水准仪的望远镜视准轴与水准轴不平行的误差
水准仪的视准轴与水准管轴不平行，在垂直面上投影的交角称为i角。

虽然经过校正，但两轴完全保持平行是困难的，仍然会存在少量的残余误差。

因此造成水准管气泡居中，水准管轴居于水平位置而望远镜视准轴却发生倾斜，致使读数误差。

这种误差与视距长度成正比。

1.2水准尺误差
主要包含尺长误差、刻划误差和零点差。

水准测量作业中必须使用经过检验的水准标尺。

在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用，并把测段站数目布设成偶数，这样既能消除零点差，同时也可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。

2 观测误差
2.1 水准管气泡的居中误差
由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。

读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，与视线长度成正比。

水准管居中误差一般认为是0.1·τ，根据公式m居
=0.1·τ·s/ρ，ds3级水准仪水准管的分划值一般为20″，视线长度s为75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm。

由此看来，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，此误差可以消除。

2.2 估读水准尺的误差
水准尺估读毫米数的误差大小与望远镜的放大倍率以及视线长度有关。

在测量作业中，应遵循不同等级的水准测量对望远镜放大倍率和最大视线长度的规定，以保证估读精度。

2.3 视差的影响误差
当存在视差时，由于十字丝平面与水准尺影像不重合，若眼睛的位置不同，便读出不同的读数，而产生读数误差。

所以在每次读数前，控制方法就要仔细进行物镜对光，消除视差。

2.4 水准尺倾斜的影响误差
水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正。

但是，如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不易察觉。

它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小（即视线距地面的高度）有关。

尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。

所产生的读数误差为δa=a （1-cosγ）。

当γ=3o，a=1.5m时，δa=2mm，由此可以看出，此项影响是不可忽视的，通常我们立镜高度是1.7m，则δa=2.33mm，。

因此，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。

3 外界条件的影响误差
3.1 仪器下沉误差
仪器安置在土质松软的地方，脚架如未踏实，在观测过程中，仪器受自重和人在周围走动的影响，往往下沉。

如果观测程序是先后视再前视，则前视读数变小，高差增大。

这种误差对总高差的影响是积累性的，往返测取平均值则可抵消一部分的影响。

为了减少仪器下沉对水准测量的影响，应选坚实的地点安置仪器，脚架要踏实，观测速度要提高。

仪器下沉误差的影响在春暖化冻或沼泽地区尤其应当注意。

3.2 转点下沉误差
和仪器下沉原因一样，为了减少这种误差的影响，应选坚实处做转点；使用尺垫时，要用力踏实，观测过程中保护好转点位置。

同样也可取往返观测结果的平均值来抵消一部分的影响。

3.3 温度的影响误差
温度的变化不仅会引起大气折光的变化，而且当烈日照射水准管时，由于水准管本身和管内液体温度的升高，气泡向着温度高的方向移动，从而影响了水准管轴的水平，产生了气泡居中误差。

所以，测量中应随时注意为仪器打伞遮阳。

尽量选择在温度、气流比较稳定时或阴天进行观测。

4 水准测量中容易发生的错误
水准测量中的错误多数都是由于测量人员的疏忽大意造成的。

主要有：气泡未居中就读数；读尺时读错整米数，认错刻划，如误把6读成9；转点位置不突出，立错位置；塔尺上节自动滑落未发现；记录人听错或记错读数；前/后视读数记错位置或漏记以及加减法有错等。

这些错误只要严格执行操作规程、工作细心、加强校核是完全可以避免的。

5 常见的控制方法
根据各种误差的性质及其影响规律，我们可以按照规范实施水准测量，借以尽可能消除或减弱各种误差对观测结果的影响。

5.1 仪器距前、后视水准尺的距离应尽量相等，其差应小于规定的限值。

这样可以消除或减弱与距离有关的各种误差对测量高差的影响。

如i角误差和垂直折光等。

5.2 两相邻测站上，应按奇、偶数测站的观测程序进行观测。

即分别按“后前前后”和“前后后前”的观测程序在相邻测站上交替进行。

这样可以消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差对观测
高差的影响。

如i角的变化和仪器的垂直位移等影响。

5.3 在一测段的水准路线上，测站的数目应安排成偶数，这样，可以消除或减弱两水准标尺零点差和交叉误差在仪器垂直轴倾斜
时对观测高差的影响。

5.4 在一测段的水准路线上，应进行往返测。

这样，可以消除或减弱性质相同，正负号也相同的误差影响。

如水准标尺垂直位移的误差影响，在往、返测高差平均值中可以得到减弱。

5.5 一个测段的水准路线的往返测应在不同的气象条件下进行（如中午或晚上），并且应该保证成像稳定清晰。

这样，可以消除或减弱复杂的大气折光对观测高差的影响。

5.6 一些更详细具体的作业规定，在国家水准测量规范中都有说明。

6 结语
测量中操作熟练，提高观测的速度，采取规范的办法，严格执行正确步骤，才能得到正确的结果。

水准测量中我们应该对各环节中可能产生的误差加以注意，运用正确有效的控制方法消除或减弱误差，这样才能提高测量准确性。

参考文献
[1] 梁盛智. 测量学（第二版）. 重庆：重庆大学出版社，2009.3
[2] 李青岳陈永奇.工程测量学.北京：测绘出版社，1995.6。