精密水準(zhǔn)測量中的系統(tǒng)誤差初探

程潔，程坤

（江蘇省駱運水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

“精密水準(zhǔn)測量”是指利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺對各地面點高程進(jìn)行測量的一種方法和手段，是高程控制中的重要組成部分，能夠為國家高程基準(zhǔn)、地形測繪等工作提供嚴(yán)密的數(shù)據(jù)，因而對其測量精度的要求非常高。但由于在實際的操作中存在影響測量精度的因素，并會產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致最終的測量結(jié)果不利于相關(guān)工作的開展。對此，還應(yīng)不斷采取有效的措施來控制并降低精密水準(zhǔn)測量中的系統(tǒng)誤差。

1 精密水準(zhǔn)測量中的系統(tǒng)誤差分析

1.1 儀器本身缺陷造成的誤差

儀器本身的缺陷是導(dǎo)致精密水準(zhǔn)測量產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因之一。首先，當(dāng)水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行時便會產(chǎn)生誤差，以至于最終測量到的數(shù)據(jù)缺乏精準(zhǔn)性，難以滿足測量要求；其次，水準(zhǔn)標(biāo)尺刻度不夠精準(zhǔn)，比如零點標(biāo)注不準(zhǔn)確、水準(zhǔn)尺本身發(fā)生形變等，也會導(dǎo)致最終測量的數(shù)據(jù)存在誤差，進(jìn)而影響了測量工作的有效性。

1.2 外界條件影響造成的誤差

外界條件的變化常會對精密水準(zhǔn)測量結(jié)果造成一定的影響，其主要體現(xiàn)在以下3方面：①水準(zhǔn)儀沉降帶來的影響。當(dāng)測量設(shè)備放置時間過久時，由于自重原因，水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺會對地面產(chǎn)生荷載力，進(jìn)而出現(xiàn)儀器沉降現(xiàn)象，影響實驗的科學(xué)性，其隨機(jī)誤差也會慢慢增大。②溫度變化帶來的影響。由于儀器本身材質(zhì)的不同，其受溫度變化影響的程度也不同。當(dāng)溫度變化時，便會出現(xiàn)不同程度的熱脹冷縮，相關(guān)儀器測量的結(jié)果便會產(chǎn)生誤差，比如水準(zhǔn)儀i角大小發(fā)生變化、視準(zhǔn)軸和水準(zhǔn)管軸的相對位置發(fā)生偏移等。③大氣折射帶來的影響。由于大氣層密度不夠均勻，光線在到達(dá)地面時便會產(chǎn)生不同的折射效果，此時便會使水平視線的測量高差產(chǎn)生誤差，進(jìn)而影響讀數(shù)的精準(zhǔn)度。

1.3 水準(zhǔn)面曲率造成的誤差

在實際精密水準(zhǔn)測量中，主要是借助水準(zhǔn)儀的水平面即水平視線來觀測水準(zhǔn)尺上的數(shù)值，而非水準(zhǔn)面，隨后再通過計算得出高差數(shù)值。但事實上，高差主要代表的是兩點間水準(zhǔn)面的距離，此時水準(zhǔn)面曲率便會對測量結(jié)果產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。

1.4 人為操作不當(dāng)造成的誤差

人為操作不當(dāng)是影響精密水準(zhǔn)測量的重要因素之一。人為操作不當(dāng)造成的誤差主要體現(xiàn)在以下3方面：①在測量過程中由于水準(zhǔn)標(biāo)尺不穩(wěn)、三腳架不穩(wěn)等導(dǎo)致水平視線產(chǎn)生傾斜，進(jìn)而造成誤差；②對水準(zhǔn)氣泡居中的操作不當(dāng)也會產(chǎn)生誤差；③在觀測讀數(shù)上，由于水準(zhǔn)尺不平、眼睛與目鏡位置不同造成的視覺偏差等都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在誤差。

2 精密水準(zhǔn)測量中的系統(tǒng)誤差控制措施

2.1 嚴(yán)格控制測量儀器的質(zhì)量

為確保精密水準(zhǔn)測量結(jié)果的精確性，在開始測量前，還應(yīng)對所使用儀器的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，避免因出現(xiàn)儀器缺陷而造成系統(tǒng)誤差。在實際中，應(yīng)事先對水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸的平行度進(jìn)行檢驗和校正，以便順利開展測量工作；應(yīng)對水準(zhǔn)標(biāo)尺的質(zhì)量進(jìn)行檢驗，查看其刻度是否精準(zhǔn)及有否出現(xiàn)變形等現(xiàn)象；還應(yīng)盡量選用較為先進(jìn)的電子水準(zhǔn)儀，進(jìn)而有效減小系統(tǒng)誤差。

2.2 減少外界條件的干擾與影響

在測量時，還應(yīng)減少外界環(huán)境帶來的不良影響。首先，應(yīng)嚴(yán)格控制水準(zhǔn)儀的沉降問題，事先確保選擇好最佳的觀測地點，比如在堅實的地面測量等。同時，可采用往返觀測的方式來減小測量過程中的系統(tǒng)誤差。其次，應(yīng)降低溫度變化帶來的影響。在實際測量中，避免在溫度差較大的情況下測量，而應(yīng)在一個最佳的溫度環(huán)境下展開工作，以減少熱脹冷縮給水準(zhǔn)標(biāo)尺及相關(guān)儀器帶來的不良影響，進(jìn)而提高讀數(shù)的準(zhǔn)確性。最后，還應(yīng)減少大氣折射帶來的影響。在山區(qū)測量時，由于受到光線折射的影響較大，因此，在測量時應(yīng)確保水平視線高出地面一定的距離，比如50 cm，以減小誤差。在平原地區(qū)測量時，其影響程度較小，加之在陰天時受到大氣折射的影響較小，因此可根據(jù)實際需要盡量選擇在陰天及一些平原地區(qū)測量。此外，應(yīng)注意避免在中午前后測量，以減少大氣折射對測量結(jié)果的不良影響。

2.3 減少人為操作不當(dāng)產(chǎn)生的影響

要想減小水準(zhǔn)測量系統(tǒng)誤差，還應(yīng)充分考慮人為因素方面給測量結(jié)果帶來的影響，因此，還需不斷提高測量人員的專業(yè)技能，避免出現(xiàn)人為操作不當(dāng)而影響測量結(jié)果的情況。具體可從以下幾方面做起：①在開始工作前，應(yīng)對測量人員的專業(yè)技能進(jìn)行嚴(yán)格考核。②在測量過程中，可使用帶有水準(zhǔn)器的水準(zhǔn)標(biāo)尺，以降低其傾斜程度；同時，在測量時，應(yīng)確保測量人員用腳將不平的地面踩實，增強(qiáng)三腳架的穩(wěn)定性。③應(yīng)將尺墊放置于堅固的土壤中，以便借助往返測量方式降低系統(tǒng)誤差。④應(yīng)在測量過程中盡量減小視覺誤差，避免出現(xiàn)經(jīng)常調(diào)節(jié)焦距的現(xiàn)象，并保證測量時前后視距相等。

2.4 加大對測量過程的檢核力度

為有效降低精密水準(zhǔn)測量中的系統(tǒng)誤差，在工作過程中還應(yīng)不斷加大對測量的檢核力度。在此方面，可從以下3方面著手做起：①應(yīng)對測量現(xiàn)場進(jìn)行檢核，確保測量儀器、平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)等布置的規(guī)范性；②應(yīng)利用施工圖紙對測量現(xiàn)場進(jìn)行檢核，查看其是否存在變動之處等，以及時制訂調(diào)整方案；③應(yīng)遵循“測量工作與檢核同步進(jìn)行”的原則，以及時發(fā)現(xiàn)測量錯誤并減小誤差。

3 總結(jié)

綜上所述，精密水準(zhǔn)測量是一種較為有效的測量方法，能夠為國家高程系統(tǒng)的構(gòu)建及地形測繪等工作提供良好的高程數(shù)據(jù)支持。因此，為了充分發(fā)揮出精密水準(zhǔn)測量的作用，并有效控制和降低測量中的系統(tǒng)誤差，還應(yīng)強(qiáng)化對其測量儀器質(zhì)量的控制、減少外界條件的影響、加大測量檢核力度，并提高測量人員的專業(yè)技能，以降低人為造成的系統(tǒng)誤差，從而不斷提高精密水準(zhǔn)的測量精度，為相關(guān)工作的開展提供有效的數(shù)據(jù)支持。

［1］黃太康.精密水準(zhǔn)測量中系統(tǒng)誤差的控制［J］.資源信息與工程，2016，31（04）：128.

［2］李志平.精密水準(zhǔn)測量中系統(tǒng)誤差對精度的影響及對策［J］.江西建材，2014（21）：219.