工程水準(zhǔn)測(cè)量的誤差控制舉措探討

陳彩芹

摘 要 水準(zhǔn)測(cè)量是當(dāng)前高程測(cè)量中應(yīng)用最廣、精度最高的一種測(cè)量方法，但在其開(kāi)展的過(guò)程中，往往會(huì)受儀器、觀測(cè)方法以及外界環(huán)境等的影響而致使存有一定誤差，一旦控制不當(dāng)便會(huì)使得測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性大大降低。對(duì)此，本文從水準(zhǔn)測(cè)量誤差的諸多成因著手，細(xì)致探討了水準(zhǔn)測(cè)量誤差的控制舉措，以饗同行。

關(guān)鍵詞 水準(zhǔn)測(cè)量;誤差成因;控制舉措

1水準(zhǔn)測(cè)量誤差的成因

1.1 測(cè)量?jī)x器引起的誤差

（1）水準(zhǔn)尺不精準(zhǔn)。某些水準(zhǔn)尺自身刻線不精準(zhǔn)、尺長(zhǎng)誤差，以及水準(zhǔn)尺長(zhǎng)時(shí)間使用且保養(yǎng)不當(dāng)而導(dǎo)致尺身彎曲，尺底磨損導(dǎo)致的尺底零位改變等，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量時(shí)出現(xiàn)誤差。

（2）水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸不平行。雖然測(cè)量前會(huì)對(duì)儀器進(jìn)行校正，但仍可能會(huì)存在殘余誤差;同時(shí)，隨著使用時(shí)間的推移或震動(dòng)的影響，往往會(huì)造成視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸出現(xiàn)夾角。在此種情況下，即使水準(zhǔn)管氣泡居中視準(zhǔn)軸也會(huì)存在一定的傾斜，從而造成一定的誤差。

1.2 觀測(cè)不當(dāng)引起的誤差

（1）讀數(shù)誤差。在測(cè)量讀數(shù)的過(guò)程中，因測(cè)量人員視力差異、望遠(yuǎn)鏡放大倍率不同以及視線長(zhǎng)度大小的影響，都會(huì)造成讀數(shù)時(shí)的誤差。此時(shí)，水準(zhǔn)尺的讀數(shù)誤差可依據(jù)以下所列公式計(jì)算得出：其中，V為望遠(yuǎn)鏡放大倍率，D為視線長(zhǎng)度，ρ″為206265″，60″為人眼的極限分辨能力。由此看出，視線距離越長(zhǎng)誤差則越高，而望遠(yuǎn)鏡的放大倍率約小則誤差也越大。

（2）水準(zhǔn)尺傾斜誤差。水準(zhǔn)尺傾斜誤差是水準(zhǔn)測(cè)量中極為常見(jiàn)也是最易被忽略的問(wèn)題，如若立尺不規(guī)范發(fā)生左右傾斜，則極易通過(guò)望遠(yuǎn)鏡的十字絲發(fā)現(xiàn)并予以糾正，而如若水準(zhǔn)尺發(fā)生前后傾斜，則測(cè)量時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)，如若繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)就會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)偏大，且讀數(shù)誤差隨著傾角的增大而越大。

（3）儀器整平誤差。若水準(zhǔn)儀整平的過(guò)程中，水準(zhǔn)管氣泡未嚴(yán)格居中，則會(huì)使得水準(zhǔn)軸出現(xiàn)一定程度的傾角，就會(huì)造成水準(zhǔn)軸與水平面相偏離，從而造成視線傾斜而導(dǎo)致讀數(shù)誤差。

1.3 外界因素引起的誤差

（1）測(cè)量?jī)x器下沉。在開(kāi)展水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，若所選測(cè)量點(diǎn)地質(zhì)松軟，再加上測(cè)量?jī)x器的自重，往往會(huì)導(dǎo)致儀器出現(xiàn)下沉的現(xiàn)象，且還會(huì)隨著時(shí)間的推移下沉越嚴(yán)重，由此所造成的誤差也會(huì)越來(lái)越大。

（2）大氣折光變化。因大氣折光而造成的水準(zhǔn)測(cè)量誤差十分復(fù)雜，其通常會(huì)使測(cè)量時(shí)的水平視線變?yōu)榍€，且該曲線的曲率通常為7倍的地球半徑，也正是因?yàn)檫@一曲線因素的存在而造成了視線讀數(shù)的誤差，且這一誤差與視線長(zhǎng)度以及視線與地面的距離均存在一定的關(guān)系[1]。

2水準(zhǔn)測(cè)量誤差的控制舉措

2.1 測(cè)量?jī)x器所致誤差的控制

（1）水準(zhǔn)尺不精準(zhǔn)的控制。在水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器投入使用前，須嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及精度要求對(duì)水準(zhǔn)尺予以檢驗(yàn)，且對(duì)于尺長(zhǎng)誤差及刻畫(huà)誤差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的應(yīng)立即停用。對(duì)于因尺底磨損而導(dǎo)致的零點(diǎn)誤差，可通過(guò)測(cè)偶數(shù)站的方式減少或規(guī)避零點(diǎn)誤差。

（2）水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸不平行的控制。對(duì)于因水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸不平行而造成的測(cè)量誤差，可采用中間法或距離補(bǔ)償法予以規(guī)避。其中，中間法即是前后視距相等法，在立尺時(shí)需要測(cè)量人員先通過(guò)鋼卷尺或皮尺對(duì)測(cè)距予以測(cè)量，然后再于相應(yīng)位置進(jìn)行立尺，這樣大大減少了操作工序，而且還能有效降低水準(zhǔn)管軸不平行誤差。此外，若因外界因素而導(dǎo)致前視點(diǎn)與儀器距離過(guò)大或過(guò)小，則應(yīng)于下一測(cè)站相應(yīng)增加后視點(diǎn)與儀器的距離，以便對(duì)上一測(cè)段所出現(xiàn)的誤差予以補(bǔ)償，但由于此種方式操作較為煩瑣，控制難度也相對(duì)較大。

2.2 觀測(cè)不當(dāng)所致誤差的控制

（1）讀數(shù)誤差的控制。由上文中所提到的讀數(shù)誤差計(jì)算公式可知，要想有效減少與規(guī)避讀數(shù)誤差，必須從視線長(zhǎng)度以及望遠(yuǎn)鏡的放大倍率著手，這就需要我們?cè)诖_保讀數(shù)正確無(wú)誤的前提下，首先確保望遠(yuǎn)鏡放大倍率≥30倍，且視線長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量的等級(jí)選擇適宜視線長(zhǎng)度。例如，對(duì)于三等水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)控制視線長(zhǎng)度不超過(guò)65cm，對(duì)于四等水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)控制視線長(zhǎng)度不得超過(guò)80cm。

（2）水準(zhǔn)尺傾斜的控制。加強(qiáng)對(duì)立尺環(huán)節(jié)的控制，是控制傾斜誤差避免讀數(shù)出現(xiàn)較大偏差的關(guān)鍵。通常，水準(zhǔn)尺上會(huì)設(shè)置有圓水準(zhǔn)器，以便于在水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)扶尺整平，這就需要在立尺的過(guò)程中立尺人員必須保持水準(zhǔn)氣泡居中，此時(shí)觀測(cè)人員應(yīng)準(zhǔn)確迅速將標(biāo)尺讀數(shù)讀出。若水準(zhǔn)尺上未設(shè)置有圓水準(zhǔn)器，則可以采用搖尺法確保水準(zhǔn)尺能夠豎直，該操作步驟主要為：水準(zhǔn)尺下端于待測(cè)點(diǎn)上方保持不動(dòng)，尺上端視線應(yīng)前后來(lái)回?cái)[動(dòng)予以觀測(cè)，直至讀數(shù)最小即為豎直狀態(tài)下水準(zhǔn)尺的讀數(shù)。對(duì)于坡型較陡的地形測(cè)量時(shí)，水準(zhǔn)尺讀數(shù)應(yīng)控制最大不超過(guò)2.7m。

（3）儀器整平的控制。因未整平而導(dǎo)致的誤差受到視線長(zhǎng)度的影響較大，并且會(huì)隨著視線長(zhǎng)度的增大而增大。因此，針對(duì)這種誤差就需要我們?cè)跍y(cè)量時(shí)，首先應(yīng)選擇具有較高靈敏度的儀器，并在整平操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格確保水準(zhǔn)管氣泡能夠居中，并將視線長(zhǎng)度控制在規(guī)定的長(zhǎng)度，以此減少或規(guī)避未整平而導(dǎo)致的誤差。

2.3 外界因素所致誤差的控制

（1）儀器下沉的控制。為有效規(guī)避儀器下沉而導(dǎo)致的測(cè)量誤差，通常需要在測(cè)量前選擇條件較好的土質(zhì)條件，且儀器的安設(shè)位置地面應(yīng)堅(jiān)實(shí)可靠并踩實(shí)處理，以有效防止測(cè)量?jī)x器出現(xiàn)下沉。同時(shí)，整個(gè)測(cè)量過(guò)程應(yīng)盡量以最短的時(shí)間完成觀測(cè)，減少儀器安置時(shí)間從而避免所造成的沉降現(xiàn)象。此外，對(duì)于測(cè)量精度要求較高時(shí)，可采用兩把黑紅雙面尺搭配測(cè)量，測(cè)量時(shí)應(yīng)按照后→前→前→后依次予以觀測(cè)，從而有效規(guī)避因儀器出現(xiàn)下沉而造成的誤差。

（2）大氣折光變化的應(yīng)對(duì)。水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)控制視線長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，并確保視線與地面的高度應(yīng)≥30cm;其次，在開(kāi)展水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡量選擇適宜的觀測(cè)時(shí)間與天氣，通常，以每天的10：00～16：00這一時(shí)間段為最適宜觀測(cè)時(shí)間，因這一時(shí)間段內(nèi)的大氣折光變化基本穩(wěn)定，因此所造成的影響也基本最小[2]。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，導(dǎo)致水準(zhǔn)測(cè)量誤差的原因來(lái)自多個(gè)方面，因此，需廣大測(cè)量作業(yè)人員熟練掌握各類誤差的來(lái)源及生成原因，具備熟練操作儀器的能力，并在測(cè)量實(shí)踐時(shí)規(guī)范操作，依據(jù)測(cè)量誤差的具體成因采取適宜的控制舉措，進(jìn)而有效確保測(cè)量數(shù)據(jù)的精確有效。

參考文獻(xiàn)

[1] 池國(guó)民，閆萬(wàn)曉，胡尊迎，等.精密水準(zhǔn)測(cè)量誤差控制策略探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，（1）：230.

[2] 徐友堯.水準(zhǔn)測(cè)量中應(yīng)注意的問(wèn)題與水準(zhǔn)測(cè)量誤差控制分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018，（13）：39-40.