１０・ ・科技论坛 等水准测量误差分析及控制研究 刘李洋 （哈尔滨勘察测绘研究院，黑龙江哈尔滨１５００１０） 摘要：水准测量是工程测量的基本内容之一，水准测量相比于其他测量方法它的精度高，用途广，是普遍采用的一种测量方法。但 是在实际操作中，由于存在仪器精密度等系统误差和人员操作习惯及方法等偶然误差，导致测量的精密度和准确度受到一定程度的影 响。从多方面分析了精密水准测量的误差来源并且在层次分析的基础上对于主要因素进行控制研究。 关键词：精密水准测量；误差分析 二 水准测量相关的测量原理是高程控制测量中的重要部分，国家 轴不平行于水准管轴所产生的误差。但在实际操作中立尺人是关 通过应用普通皮尺测距离，之后立尺，非常方便。对于二等水准 水准测量依精度不同分为一、二、三、四等。一、二等水准测量统称为 键，“精密水准测量”，精密水准测量是国家高程控制的基础，提供国家 测量一般采用尺长误差和刻划误差小的标尺。测站数为偶数的水准 路线可以自行抵消标尺零点差的影响而当测站数为奇数时，高差中 高程基准及地壳形变等基础数据。 在水准测量中，每测段的测站数应取偶 尤其在水利水电工程建设的预可研、工可研及建后大坝变形观 含有这种误差的影响。所以，这样就消除标尺的零点差对高程的影响。要想使此误差减 测中都起着非常重要的作用。因此在实际操作中，为了保证水准测 数为好，还必须在操作过程中使用经过检验的水准尺。 量的精确度，我们应该明确测量过程中误差的来源并尽量减小误 小到最小，差。 １二等水准测量的误差来源 １．１仪器误差 仪器误差有两方面来源，包括水准仪的望远镜视准轴不平行于 线长加以，观测时应尽量使气泡精确居中，此误差便可以消除。 水准管轴所产生的误差和水准尺的误差。前者是由于仪器校正不完 对于视差引起的误差，由于观测时眼睛所在的位置不同，读出的数 ２．２对观测误差进行控制研究 实际上，观测误差是测量过程中误差的最主要的来源，因此消 除观测误差才能使结果更加精确。为了减少气泡居中误差，应对视 善，使视准轴与水准管轴没有绝对满足条件，从而导致读数产生误 也不同，产生读数误差。所以在每次读数前，控制方法就是要仔细进 差。尺长误差，刻划误差和零点误差都是后者的范畴，此误差会对精 行物镜对光，消除视差。对于水准尺倾斜的问题，需要操作人员认真 密水准测量产生较大的误差。 立尺，保证水准尺直立，气泡居中即可消除这一误差。 １．２观测误差 ２．３对外界环境的影响进行控制研究 观测误差其一是气泡居中误差，精密水准测量的主要条件是视 误差分为系统误差和随机误差，外界环境产生的影响便属于系 线必须水平，当我们用微倾螺旋使管水准气泡居中时，由于操作不 统误差，要想消除此类误差是非常困难的，在实际操作中就应该尽 准确导致符合水准气泡未能做到严格居中，从而造成望远镜视准轴 量减小误差。在观测前，应该让仪器与环境温度尽量保持一致；在观 倾斜，产生读数误差。其二是视差的影响，视差对读数会产生一定的 测时，测量人员应该打伞遮阳；在转移时，应该套上仪器罩，采取这 影响，当在成像不清晰的条件下进行测量时，视差对测量结果的影 些措施便可以把温度变化对观测产生的影响降到最小。对于大气折 响就比较大。其三是水准尺的倾斜误差，在实际测量时，水准尺向水 光和地球曲率的影响，可以根据大气折光和地球曲率对测量的总影 平视线的左右倾斜和水准尺的倾斜方向与视线的方向一致是最常 响与距离的平方成正比的原理，采用加大视线的长度的方法减 见的两种情况。水准尺在水平方向的倾斜比较容易察觉并有效地避 小这种误差。对于电磁场的影响，如果布设的水准线路与输电线平 免此类误差，而如果水准尺的倾斜和视线方向一致，就不易察觉。水 行时，必须使水准线路离输电线五十米远。如果水准线路与输电线 准尺的倾斜角和尺上的读数都对读数产生正效应。 相交，则要求水准线路与输电线的交角是直角。在实际测量中严格 １．３外界因素影响产生的误差 按照此种方法便可减小此种误差。 外界环境因素的影响包括大气折光的影响、地球曲率的影响、 ２．４对仪器下沉和水准尺下沉影响进行控制研究 温度的影响、电磁场的影响这几个方面。下面笔者将对这几个方面 由于仪器下沉的影响，使测量人员视线降低，从而引起高差误 分别展开叙述，大气折光引起的误差是指水平视线经过密度不同的 差，为了消除此种误差，应该采用双面尺法或变更仪器高法。这两种 空气层被折射形成的一向下弯曲的曲线与理论水平线所得读数之 方法都是第一次读后视读数再读前视读数，而第二次则先读前视读 差。大气折光使视线成为一条曲率约为地球半径７倍的曲线，使测 数再读后视读数。即采用“后、前、前、后”的观测程序，这样两次测量 量读数减小。大气折光在近地面的折射非常复杂，视线离地面越近， 的高差的平均值即可消除或减弱仪器下沉的影响。对于水准尺下沉 折射越大，对读数的影响越大。地球曲率与大气折光共同存在，两者 的影响则采取往返测的方法，就可以减弱水准尺下沉的影响。最有 共同影响测量结果，其中大气折光约是地球曲率影响的七分之一。 效的方法是应用尺垫，在转点处应该使用尺垫并且踩实，以便防止 温度的变化对测量过程的影响非常复杂并且十分隐蔽，一般不容易 水准尺在测量时下沉。 被发现并消除，所以温度的变化对测量过程产生了系统误差。研究 结束语 发现输电线经过的地带会产生电磁场，其对水准测量视线位置的正 精密水准测量中，测量的精确度和准确度都要求的非常高，因 确性产生了或大或小的系统误差，并且误差的大小与电流强度的大 为测量中出现的误差直接影响着整个工程的质量，所以在精密水准 小有关。 测量中要尽量的减小来自各方面的误差，但是这些误差的来源广 １．４仪器下沉和水准尺下沉影响 泛，影响也各尽不同，想要减小和消除误差就必须采取规范的办法。 在实际操作中，由于选择地点不恰当，土壤松软，导致支架不 严格执行正确步骤，熟练掌握技术，在实际操作中考虑好一切影响 稳，在测量前后仪器下沉，从而影响读数的准确性，增加了测量的随 测量的因素，精益求精。 机误差，这就是仪器下沉的影响。而水准尺下沉发生在在仪器从一 参考文献 个测站到另一个测站的过程中，如果在转移过程中导致仪器下沉则 【１］－，ｔＬ祥元．梅是义．控制测量学［Ｍ］．武汉：武汉大学出版社，２０１２：５８— 使下一站的后视读数偏大，使高差也增大，引起误差。 ６５． ２对二等水准测量过程中产生的误差进行控制研究 ［２】张志刚．线桥隧测量【Ｍ】．成都：西南交通大学出版社，２０１２：１５６— ２．１对仪器误差进行控制研究 １６８． 对于仪器误差，观测时通过中间法（前后视距相等）和距离补偿 【３】陆树斋．施工技术管理【Ｍ１．武汉：华中科技大学出版社，２０１２：１５— 法（前视距离和等于后视距离总和）便可消除水准仪的望远镜视准 ３０．
