水准误差的来源及消除或减弱的方法

浅析水准误差的来源及消除或减弱的方法
摘要：本文对水准测量中的误差来源进行了分析，提出了消除或减弱误差的方法。

abstract： the source of level error is analyzed， and the methods to eliminate or weaken are put forward in this article.
关键词：误差；来源；减弱
key words： error；source；weaken
中图分类号：tu198 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）21-0067-02
1 概述
高程测量是测量工作中非常重要的部分，可以为工程规划、设计、施工等提供准确的地形变化基准。

其中水准测量在高程测量中属于精度最高、用途最广的测量手段。

在实施过程中，需要多人配合才能完成。

由于仪器和人为的影响不容易控制，如不能及早发现，将直接影响高程的准确性。

常规水准测量是采用水准仪和水准尺测定地面上两点间的高差。

为测量地面两点间的高差，通常在两点安置水准标尺，在两点连线且距离大致相等的地方安置水准仪，观测水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。

通过水准点或任一已知高程点，累加各点的高差，推求出待求点的高程。

由于仪器、环境、观测等因素的影响，观测得到的两点间高差一般都会产生误差，因此，在推算待求点的高程时，应考虑到并加上必要的改正，以求得
正确的高程。

2 误差来源
在当今的水准测量工作中，使用的仪器多为自动安平水准仪，现就误差的来源进行分析。

水准测量的误差，按其来源可分为3类：仪器误差、观测误差和外部环境影响产生的误差。

按种类可分为系统误差及偶然误差，系统误差可通过一定的方法和手段抵消或减弱，偶然误差是无法避免的。

2.1 仪器误差①视准轴与水准管轴不平行的误差。

视准轴与水准管轴不平行分为水平和垂直两个方向，水平方向不平行产生的误差称为交叉误差。

这种误差影响较小，在观测时，通过摆放仪器脚架时，使其中两脚与水准路线方向平行，第三脚轮流置换于路线方向的左侧与右侧的方法，可以消除或减小误差影响。

垂直方向不平行产生的误差，即为常说的“i角误差”。

该误差与视距的大小成正比。

为消除i角误差的影响，通常采用前后视距相等的方法测量，可消除或减小该误差的影响。

②水准管轴和视准轴交叉误差。

误差来源：水准管轴与视准轴不平行引起的误差。

2.2 水准标尺的误差①名义米长误差。

由于标尺制作工艺的缺陷及工作环境的影响，标尺会产生伸缩现象，造成标尺实际米长与名义米长不等。

消除办法：通过对水准标尺的检验，对水准测段进行尺长改正。

②分米分划误差。

由于标尺刻划不均，造成实际分米分划与理论分米分划误差。

误差无法消除，在观测时尽量避免在误差较大的刻划读数。

③零点不等差。

由于标尺底部安装不准确或磨
损引起的。

可采用设偶数站的方法来消除。

④弯曲差。

由于标尺弯曲引起的误差，在限差范围内对观测精度影响很小。

2.3 观测误差①水准管气泡居中的误差。

因通常采用自动安平水准仪，只要水准仪圆气泡居中，该项误差可以减弱。

②估读误差。

该误差是因为观测者视力的不同、目镜与物镜的放大倍数和视距长度的影响产生的。

一般情况，人眼分辨能力一般为60”，十字丝宽度投放在人眼的宽度约为0.1mm，水准标尺厘米分划的影像宽度不应小于1毫米。

以四等水准观测要求，视线长度不大于100米在水准尺上的读数误差，可以用下式进行估算：mv=±60”*d/（v ρ”）”=±60”*100000/（30*206265”）≈0.97mm。

其中d为视线长度100米，v为放大倍数30倍。

故为保证读数误差小于1mm，要求在100m的视距里，望远镜的放大倍率不应小于30倍。

2.4 水准标尺倾斜误差在水准测量时，由于水准标尺没有处于垂直状态造成的误差。

一般在观测时，水准尺左右倾斜在目镜中可以看到，通过观测员可以及时纠正，但尺子前后倾斜时，观测员是无法发现的，因此会产生读数误差。

假定设水准尺倾斜角为δ，视线在倾斜尺上的读数为b’，未倾斜的尺读数为b，产生的读数误差△b可用下式进行估算：△b=b’-b=b’（1-cosδ）。

例如，与δ=2°，b’=2m时，则△b=1.2mm。

在实际工作中，老作业员习惯采用将水准标尺前后晃动，以读取最大值的方法观测，此方法在平地区域问题还不突出，因同一根标
尺作为前尺及后尺时，产生的误差由于视线近似相同而抵消，但在两点间高程较大的地方，比如上坡，作为前尺，一般读数都在标尺底部20-30cm的位置，标尺倾斜2°，约产生0.2mm的误差，下一站作为后尺，一般读数在标尺上部2.7-2.8米的位置，同样标尺倾斜2°，约产生1.6mm左右的误差，综合考虑，每站约产生1mm的误差，这对于高差大，测站数多的测段影响是显而易见的。

故为避免在实际工作中产生类似误差，必须在观测前检查水准标尺的准确性，在观测时，应使水准标尺气泡严格居中。

3 外部环境产生的影响
3.1 地球曲率的影响由于地球是一个曲面，而视线是水平直线，故在同一水准面上的两个点高差不会为零，产生的误差一般用c表示，公式如下：c=d2/2r。

d：两点之间的距离；r：该地区地球的平均曲率半径。

在实际作业中，通常采用将仪器置于两水准标尺中间等距离处，可以消除曲率对两点间高差的影响。

3.2 大气折光的影响大气折光差是光线经过大气层时，由于传播路径通过大气层时产生弯曲及传播速度发生变化而引起观测方
向或距离的误差。

大气层的空气密度一般是上疏下密。

当视线通过不同密度的大气层时，会连续发生折射而呈现弯曲状，因此会产生水平和垂直方向上的误差。

本文只考虑垂直方向上的误差影响。

水准观测时，在地面较为平坦的区域，一般情况，在水平视线距离地面大于1.5米时，视线会因为大气折光的影响向下弯曲，水准标尺
读数就会变小，影响误差在100米的距离内，约为地球曲率影响的1/7。

在一般情况下减小或消除大气折光的影响，可用前、后视距相等的方法，因为在同等条件下，距离相等，可以视为折光差影响一致，误差可以抵消。

但在地面坡度较大时，前视或后视一端视线不可避免会接近地面，而另一标尺视线较高，大气折光差的影响不一致，因此采用前、后视距相等方法不能完全消除，只有通过缩短视线的长度，同时增加视线的高度，并且选择适当的观测时间等方法来减小大气折光的影响。

3.3 仪器升沉的影响在观测中，因为仪器的本身重量、仪器架设地点土质疏松等原因，仪器会逐渐下沉；或由于土质的质地原因造成仪器上升，使观测读数增大或减小。

为消除影响，仪器应安置在土质坚实的地方，脚架应踩实。

同时尽量缩短观测时间。

3.4 尺垫沉降的误差当仪器搬站时，通常会有一段时间间隔，由于尺垫的重量及土质质地的原因，尺垫也会逐渐下沉，在下站观测时，会导致后视读数增大。

一般通过往返测或增加尺垫尺寸的方法来减弱该项误差，尤其是在沙漠等土质松软的区域作业，特别应要求检验尺垫沉降对观测的影响。

3.5 温度对视准轴与水准管轴夹角的影响通常仪器经过校正，会使i角保证在规定范围内。

但在实际观测中，由于观测前后方向的原因，仪器因为光线照射的角度不同，造成仪器i角在一个测站不一致，故用前后视距相等的方法无法完全消除i角的影响。

因此，在观测中应对仪器进行遮阳防晒，以期达到减小影响的目的。

在测绘作业中，水准测量看似简单，易操作，但由于是长时间、重复的工作，易造成人员疲劳，注意力下降，而水准测量成果的精度情况，将直接影响到工程的质量。

因此，我们应牢记水准观测中产生误差的因素，不应为工作简单而放松，严格控制水准测量的误差的影响，避免误差影响造成的返工，提高工作效率，更好地为业主提供服务。

参考文献：
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