淺析水準(zhǔn)測(cè)量誤差來源及控制措施

張學(xué)珍　郭長(zhǎng)和　姚化勝

摘 要：水準(zhǔn)測(cè)量誤差包括儀器誤差、外界條件的影響和人的觀測(cè)誤差三個(gè)方面。儀器誤差包括視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行引起的i角誤差和水準(zhǔn)尺的誤差。外界環(huán)境引起的誤差主要有水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺下沉誤差、地球曲率及大氣遮光引起的誤差及溫度引起的誤差。測(cè)量人員的技術(shù)水平高低和相互配合的熟練程度，也能影響測(cè)量誤差的大小。

關(guān)鍵詞：i角誤差 下沉誤差 調(diào)焦誤差 水準(zhǔn)尺傾斜誤差 地球曲率及大氣折光

中圖分類號(hào)：U273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（b）-0068-01

水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施過程中，需要在不同地域，幾個(gè)人合作才能完成.誤差允許范圍內(nèi)的精度由于儀器和人為操作的影響而不易控制，而且在測(cè)量過程中容易出現(xiàn)隱蔽性錯(cuò)誤，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而提供了錯(cuò)誤的成果，會(huì)給工程的實(shí)施造成重大的損失。因此，分析水準(zhǔn)測(cè)量的誤差，找出控制、糾正的方法，避免錯(cuò)誤的出現(xiàn)，是一項(xiàng)非常重要的工作。

1 儀器和工具

1.1 水準(zhǔn)儀的誤差

一是制造誤差，即儀器在制造過程中就存在制造缺陷，這項(xiàng)誤差是無法消除的；二是i角誤差。水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)管軸在空間平行于望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸時(shí)，它們?cè)谪Q直面上的投影是平行的，若兩軸不平行，則在豎直面上的投影也不平行，其交角i稱為i角誤差。i角誤差與視距長(zhǎng)度成正比。測(cè)量時(shí)可通過中間法（前后視距相等）和距離補(bǔ)償法（前視距離和等于后視距離和）消除。

1.2 水準(zhǔn)尺的誤差

首先水準(zhǔn)尺的分劃不精確、尺長(zhǎng)發(fā)生變化、尺身彎曲都會(huì)給讀數(shù)造成誤差。此外，由于水準(zhǔn)尺長(zhǎng)期使用導(dǎo)致尺底端零點(diǎn)磨損，或者是水準(zhǔn)尺的底端沾上泥土改變了水準(zhǔn)尺的零點(diǎn)位置。可以通過在一水準(zhǔn)測(cè)段中把兩支水準(zhǔn)尺交替作為前后視讀數(shù)，并把測(cè)站數(shù)布設(shè)成偶數(shù)站來減弱零點(diǎn)改變、刻畫誤差和尺長(zhǎng)誤差的影響。

2 外界條件的影響的誤差

（1）儀器下沉（或上升）所引起的誤差。儀器下沉（或上升）的速度與時(shí)間成正比。為了減弱此項(xiàng)誤差的影響，可以在同一測(cè)站進(jìn)行第二次觀測(cè)，而且第二次觀測(cè)應(yīng)先讀前視讀數(shù)，再讀后視讀數(shù)，取兩次高差的平均值。

（2）水準(zhǔn)尺下沉（或上升）引起的誤差是指儀器在遷站過程中，轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生下沉（或上升），使遷站后的后視讀數(shù)增大（或減?。?，算得的高差也增大（或減?。?，往測(cè)和返測(cè)時(shí)水準(zhǔn)尺下沉（或上升）量是相同的，由于誤差符號(hào)相同，而往測(cè)和返測(cè)高差符號(hào)相反，因此取往測(cè)和返測(cè)高差的平均值可消除其影響。

（3）地球曲率及大氣折光引起的誤差。由于愈靠近地面空氣密度愈大，視線通過不同密度的介質(zhì)而產(chǎn)生折射，所以實(shí)際上視線并不水平而是呈彎曲狀，這就是大氣折光的影響，用表示。在平坦地區(qū)測(cè)量，如果前、后視距離相等，距離地面的高度也大致相同，則折光影響相同，視線彎曲程度也相同，在高差計(jì)算中就可以消除這種誤差影響。當(dāng)水準(zhǔn)測(cè)量通過一個(gè)較長(zhǎng)的坡度時(shí)，由于前視視線離地面的高度總是大于（或小于）后視視線離地面的高度，這時(shí)，垂直折光對(duì)高差就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)性質(zhì)誤差影響。為了減弱垂直折光對(duì)觀測(cè)高差的影響，應(yīng)使前后視距盡量相等，并使視線離地面有足夠的高度，在坡度較大的水準(zhǔn)路線上進(jìn)行作業(yè)時(shí)也應(yīng)適當(dāng)縮短視距。

（4）溫度對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的影響主要表現(xiàn)在兩方面。一是對(duì)大氣折光的影響。白天近地面空氣溫度高，密度低，彎曲的光線凹面向上，晚上近地面空氣溫度低，密度高，彎曲的光線凹面向下。二是溫差使空氣處于頻繁的運(yùn)動(dòng)中，形成不規(guī)則的湍流，使視線抖動(dòng)，增大觀測(cè)誤差。要減弱溫度對(duì)觀測(cè)誤差的影響，觀測(cè)時(shí)間應(yīng)選在上午日出后30分開始，至中天前1.5小時(shí)止；下午自中天后3小時(shí)起到日落前30分止。可按地區(qū)、季節(jié)及氣象情況適當(dāng)變通。

3 觀測(cè)誤差

3.1 立尺誤差

經(jīng)過檢驗(yàn)的水準(zhǔn)尺，當(dāng)氣泡居中時(shí)，水準(zhǔn)尺也會(huì)有不易覺察的傾斜。水準(zhǔn)尺的傾斜總是使尺上的讀數(shù)增大。它對(duì)讀數(shù)的影響與尺子的傾斜角和尺上的讀數(shù)的大小（即視線距地面的高度）有關(guān)，尺的傾斜角越大，對(duì)讀數(shù)的影響越大；尺上讀數(shù)越大，對(duì)讀數(shù)的影響就越大。其產(chǎn)生的讀數(shù)誤差為Δa=a（1-cosγ）。當(dāng)γ=3，a=1.7m時(shí)，Δa=2.33mm。由此可見，這項(xiàng)誤差的影響是不可忽視的。精度要求較高時(shí)可用搖尺法，讀取尺上的最小讀數(shù)。當(dāng)?shù)孛嫫露容^大時(shí)，更要注意將水準(zhǔn)尺立直，同時(shí)限制最大讀數(shù)，以減少水準(zhǔn)尺傾斜誤差帶來的影響。水準(zhǔn)儀遷站時(shí)，作為前視點(diǎn)的立尺員，在轉(zhuǎn)動(dòng)水準(zhǔn)尺時(shí)，盡量減輕尺子對(duì)尺墊的壓力，防止尺墊移動(dòng)。立尺員必須把水準(zhǔn)尺立在土質(zhì)堅(jiān)硬處，測(cè)量前用腳將尺墊踩穩(wěn)。立尺員立尺前還要注意尺底端是否沾上泥土。

3.2 儀器操作產(chǎn)生的誤差

使用氣泡式水準(zhǔn)儀觀測(cè)時(shí)，管水準(zhǔn)氣泡不可能做到嚴(yán)格居中，使望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸發(fā)生傾斜。這種誤差主要和水準(zhǔn)管內(nèi)壁曲面的彎曲程度有關(guān)。在觀測(cè)時(shí)應(yīng)使符合水準(zhǔn)管氣泡仔細(xì)居中，使用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀時(shí)也應(yīng)使氣泡嚴(yán)格居中。無論氣泡式水準(zhǔn)儀還是自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，對(duì)視線長(zhǎng)度都應(yīng)按規(guī)范要求加以限制。水準(zhǔn)尺的估讀誤差與望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)和視距長(zhǎng)度有關(guān)，望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)為定值，因此控制視距的最大長(zhǎng)度才能減弱此項(xiàng)誤差。當(dāng)水準(zhǔn)尺前后視距不等時(shí)，讀完后視再讀前視就會(huì)產(chǎn)生視差，有人認(rèn)為只要再進(jìn)行物鏡調(diào)焦，就可消除誤差，這是不對(duì)的，因?yàn)樗疁?zhǔn)儀還存在調(diào)焦透鏡運(yùn)行誤差?！秶胰牡葴y(cè)量規(guī)范》要求，同一測(cè)站上一般不得兩次調(diào)焦。僅當(dāng)視線長(zhǎng)度小于10m，且前后視距差小于1m時(shí)，才可調(diào)整焦距。

3.3 記錄

記錄員在聽到觀測(cè)員讀數(shù)后，要將讀數(shù)正確記入相應(yīng)的欄目中，邊記錄邊向觀測(cè)員回報(bào)數(shù)字。記錄資料不得轉(zhuǎn)抄。記錄的字體要清晰、端正，記錄有誤時(shí)不應(yīng)用橡皮擦掉，應(yīng)用斜線將錯(cuò)數(shù)劃掉后重新記錄。每站高差應(yīng)當(dāng)場(chǎng)計(jì)算，檢核合格后，才能通知觀測(cè)員遷站。

4 結(jié)語

減小和消除誤差的方法在現(xiàn)階段都是以增加測(cè)量時(shí)間或采取更多的步驟為代價(jià)。在測(cè)量工作中操作熟練，才能加快觀測(cè)的速度，仔細(xì)、認(rèn)真才能提高觀測(cè)的質(zhì)量。按國家測(cè)量規(guī)范的要求，嚴(yán)格執(zhí)行正確步驟，測(cè)量人員相互配合，才能得到正確的結(jié)果。通過實(shí)踐證明，將上述控制方法應(yīng)用到實(shí)際工作中，測(cè)量成果沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，達(dá)到了“多干事、動(dòng)作快、效率好、省時(shí)間”的目的。

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