浅谈水准测量的误差来源

浅谈水准测量的误差来源

Summary:水准测量是工程测量中不可或缺的一项工作，是高程测量中精度最高、用途最广、一种普遍采用的测量方法，是高程测量的基本方法之一。水准测量的误差与使用的仪器、观测者、外界环境等因素有关，本文对造成水准测量误差的各项影响因素进行分析。Keys：水准测量水准仪高程误差一、绪论水准测量在工程建设应用中发挥着很重要的作用，它为施工放样、设备安装、变形监测及分析与预报领域中提供基础资料，为工程的顺利进行做铺垫。在测量工作中，要确定地面点的空间位置，就必须要确定地面点的高程。确定地面点的高程的测量工作就成为高程测量，而高程测量则是我日常工作中重要的一部分。今天写这个题目就是来探讨水准测量中存在的误差以及解决的方法，从而进一步提高地面高程点的精度。本文主要论述水准测量在工程测量中的基本原理，以及在勘察设计过程中水准测量的问题及控制方法。其分为：仪器误差（系统误差）及控制方法；观测误差（偶然误差）及控制方法；外界条件（偶然误差）影响和控制方法。二、水准测量的基本原理和方法水准测量的基本原理是根据几何关系，利用仪器提供的水平视线观测立在两点间上的水准尺以测定两点间的高差。如图1所示，在需要测定高差的A、B两点上分别立上水准尺，在A、B两点的中点安置水准仪，水平视线在A、B两尺上的截尺数分别为a、b，设水准测量的前进方向是由A点向B点，则规定A点为后视点，其水准读数为a，称为后视读数；B点为前视点，其水准读数为b，称为前视读数，由于AB距离很短，地球曲率影响可以忽略不计，则A、B两点的高差为：图12.1、高差法高差法（由一点求另一点）直接利用高差计算未知点B高程的方法。hAB=a-b(后视读数-前视读数)测得A、B两点间高差hAB后，如果已知A点的高程HA，则B点的高程HB为：HB=HA

+hAB2.2．仪高法仪高法（由一点求多点）利用仪器视线高程Hi计算未知点B点高程的方法。Hi=

HA+aHB=

Hi-

b三、水准测量误差的来源实际勘测过程中，一个水准点段测完后应立即进行检核，在每一测站，没有检查、复核，为误差的积累创造了条件，容易返工，耽误时间、浪费人力。通过实践证明,这一方法经常出现错误，节选某危险源点的测量结果如表1.1和1.2所示：表1.1某危险源点A1-A9水准点外业测量结果点号后视前视高程A12.4401842.111A20.2820.1551844.396A31.1161.7561842.922A40.9811.8331842.205A50.9720.9621842.224A60.9460.8451842.351A71.4430.8541842.443A81.1711.2991842.587A90.8781842.880表1.2某危险源点A1-A9水准点外业复测结果点号后视前视高程A12.4401842.111A20.2820.1551844.396A31.1161.7561842.922A40.9811.8331842.205A50.9720.9621842.224A60.9440.8451842.351A71.4430.8531842.306A81.1711.3001842.449A90.8781842.742由图可以看出，经过表1.2复核补充测量成果证实，外业测量的结果不正确，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，保证测量结果的精准度。四、水准测量的误差分析以及措施4.1、仪器误差4.1.1、视准轴与水准管轴不平行的误差成因:经过校正的仪器,在使用时间过长或受到震动后,使得视准轴与水准管轴不平行而产生一定夹角。即使在水准气泡居中时,视准轴也不会水平,结果在水准尺上引起了读数误差,该误差与视距的大小成正比。措施:使用前后视距相等的方法测量,可消除或减小该误差的影响。4.1.2、调焦误差成因：由于仪器制造加工不够完善，当转动对光螺旋调焦时，对光透镜产生非直线移动而改变视线位置，产生调焦误差。措施：将仪器安置于距前、后视尺等距离处，后视完毕转向前视，不再重新对光，可消除该误差。4.1.3、水准尺的误差成因:水准尺的误差,包括尺长误差、分划误差和零点误差。作业前应对水准尺进行检验,对尺长误差和分划误差不符合规定要求的尺应停止使用。措施:用两根水准尺交替放置并使每一测段的测站数为偶数或在由往测转入返测时互换前后视标尺，可消除该误差。4.2、观测误差4.2.1、水准管气泡居中的误差成因：水准管误差主要与水准管分划值及人眼的分辨率有关，由于生理条件限制，人的眼睛不可能严格辨别气泡的居中位置，同时由于观测方式的影响,导致读数的误差。措施：采用灵敏度高且装有符合水准器的仪器,在读数前后调整气泡居中,则该误差会大为减少。4.2.2、估读水准尺的误差成因：由于观测者视力的不同以及受望远镜的放大倍数V和观测距离D的影响,视距越长，读数误差越大。措施：有关规范对不同等级水准测量的视距长均作了规定，作业时应认真执行。4.2.3、水准尺倾斜的误差成因：测量时,水准尺左右倒在目镜中可以看到并可以纠正,但尺子前后倒时则会产生读数误差。措施：应用“摇尺法”进行读数，读数时向前、后缓慢摇动尺子，使十字丝横丝在尺上的读数缓慢改变，读取变化中的最小读数，该误差可大大减小。4.3、外界条件的影响4.3.1地球曲率的影响成因：由于地球曲率的缘故,在同一水准面上的两个点其高差并不为零,由此产生的读数误差措施：将仪器置于前后视尺中间大致等距离处,利用等距等影响的原则,使测站高差计算中自动消除曲率对前后视读数的影响。4.3.2、大气折光的影响成因：由于受到地面辐射热的缘故,空气密度发生下疏上密的现象。当视线通过不同密度的大气层时,就会连续发生折射而呈现弯曲状。视线离地面越近，光线的折射也就越大。措施：大气折光对高差的影响,亦可用前、后视距相等的方法来加以消弱。但是,在地面坡度较大,前视或后视一端视线接近地面时,视线将发生向上弯曲,使尺上读数增大,而且随着地面覆盖物的性质不同而变化。因此不能采用前、后视距相等方法来消弱,只能缩短视线的长度,增加视线的高度,选择良好的观测时间等方法来减小大气折光的影响。一般规定视线高度不要低于0.3m。4.3.3、仪器升沉的影响成因：在观测中,由于仪器的自重、测站上土质松软等原因,使仪器随时间逐渐下沉;或由于土壤的弹性会使仪器上升,它将使尺上读数减小或增大。措施：仪器应安置在土质坚实的地方,脚架要踏牢。采用“后-前-前-后”的观测顺序,提高观测速度,可消弱其影响。4.3.4、尺垫下沉的误差成因：当仪器转站时,由于尺垫的自重或土质松软的原因,使尺垫随时间逐渐下沉,后视读数增大。措施：采用往返观测取平均值的方法来减小尺垫下沉的影响。4.3.5、温度变化对视准轴与水准管轴夹角i的影响成因：强烈的阳光直接照射到仪器上，会使仪器各部件因温度的急剧变化而产生改变，使测量受到影响。特别是烈日照射水准管时，由于水准管本身及管内液体温度的升高，气泡会向温度高的方向移动，从而产生气泡居中误差。措施：在水准测量时，应随时注意撑伞遮阳,避免仪器受阳光的暴晒,或应选择在没有强烈太阳光的时间观测以减少该误差的影响。五、水准测量注意事项5.1、观测5.1.1、测量前，应对水准仪进行检验与校正，对水准尺进行检定。

5.1.2、仪器和尺子要尽量安置在地面坚实的地方，并踩实脚架，防止下沉。

5.1.3、前后视距要尽可能相等，视线不宜过长，但也不宜过短

5.1.4、瞄准标尺时，注意消除视差。每次读数前使水准管气泡居中。读完后，再检查气泡是否居中

5.1.5、注意对仪器的保护，做到“人不离仪器”5.1.6、只有当一测站记录计算合格后才能搬站，搬站时先检查仪器连接螺旋是否固紧，一手托住仪器，一手握住脚架稳步前进。5.2、记录5.2.1、读书列入记录时，要边记边复诵，避免听错记错5.2.2、要按规定格式填写，字迹清晰端正，。点号要记清，前、后视读数不得遗漏，不得颠倒5.2.3、当场用硬铅笔填在记录簿中，不得誊抄或转抄，不得连环涂改，不准用橡皮擦。写错后应在原数字上划线后再在上方重写5.2.4每站应当场计算，检查符合要求后，才能通知观测者搬站。5.3、扶尺5.3.1、测量前要检查标尺刻度是否准确，塔尺衔接处是否正确、牢靠，防止上节尺下滑造成读数错误5.3.2、转点位置要牢固，在后视、前视读数间不得换尺，也不得移动。5.3.3、扶尺时，尺身要铅直，防止左右倾斜，更要防止前后倾斜。六、结语水准测量是测量中的一个需要频繁操作的工作。水准测量中的误差，将直接影响地面点的精度，直接影响到工程的质量。而减小和消除误差的方法都是以增加时间或采取更多的步骤为代价的。所以,我们要熟练掌握技术,采取规范的方法，严格执行正确步骤，才能把水准测量的误差降到最小,做到精益求精,达到“多干事、动作快、效率好、省时间”的目的。[1]任娟娟.浅谈水准测量的误差来源及控制方法[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(2):[2]胡华兵.浅析水准测量的误差来源及控制方法[J].建筑工程技术与设计,2015,(7):1821-1821.doi:10.3969/j.issn.2095-6630.2015.07