野外水準測量誤差產生的原因及消減方法

孫景榮，李 軍

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶 163000)

野外水準測量誤差產生的原因及消減方法

孫景榮，李 軍

(黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶 163000)

測量觀測值都包含誤差，水準測量也是一樣。為了便于進行工程建設中的測量工作，盡量的減小和消除在實際工作中的誤差，結合所學的水利工程測量知識，闡述了在實際的野外水準測量中誤差產生的原因及消減方法。

野外;水準測量;觀測誤差;原因;消減方法

0 引言

水準儀是在17—18世紀發明制造了望遠鏡和水準器之后出現的。在20世紀初，科技工作者在內調焦望遠鏡和符合水準器的基礎上制造出微傾水準儀。在50年代出現了自動安平水準儀。在60年代研制出激光水準儀，隨著科技的不斷進步，在90年代研制出了數字化水準儀(電子水準儀)。數字化水準儀是以自動安平水準儀為基礎，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器(CCD)，并采用條碼標尺和圖像處理電子系統二構成的光機電測一體化的高科技產品。采用普通標尺時，又可象一般自動安平水準儀一樣使用。具有讀數客觀、精度高、速度快、效率高等特點，但價格較高，在一般的工程項目三、四等水準測量中應用較少。

隨著尼爾基水利樞紐工程配套項目即引嫩擴建骨干一期工程的陸續開工建設，對于一些例如渠底、堤頂、壩頂超平工作經常會用到水準儀，在實際的測量過程中也經常遇到一些比較棘手的技術誤差問題，為了得到更精確的測量數據，在工作中也不斷總結經驗教訓，減小誤差，提高工程質量。因此，根據工程測量的精度要求，選取三等水準測量DS3型水準儀，分析誤差來源，尋求減小誤差的方法，對提高水準測量成果的精度具有積極意義。筆者通過參加測站考證水準測量的實踐，結合理論知識，針對誤差產生的原因以及消減誤差的方法進行了探討，談一點體會，供大家參考。

1 誤差產生機理

1.1 儀器誤差

1.1.1 儀器校正誤差

在工作開始前，儀器雖經校正，但還會存在一些殘余誤差，我們稱為i角誤差檢校后的殘余值，這主要是水準管軸不平行于視準軸所導致的誤差。在實際的觀測過程中，同一測站要注意使前、后視距相等，便可以消除或減弱這方面的影響。

1.1.2 對光誤差

這一點和儀器的加工工藝和產品質量有關系。由于儀器制造加工不夠完善，當轉動對光螺旋調焦時，對光透鏡產生非直線移動而改變視線位置，產生對光誤差，即調查焦誤差。這項誤差，儀器安置于中距前、后視尺等距離處，后視完畢轉向前視，不必重新對光，就可得到消除。

1.1.3 水準尺誤差

隨著水準尺使用年限的延長，水準尺就會彎曲變形，產生尺面刻劃不準和尺底零點不準等誤差。因此，在水準測量前應對水準尺進行檢驗。水準尺的零點誤差，使儀器站數為偶數時即可消除。

1.2 觀測誤差

1.2.1 整平誤差

整平誤差一般也稱為氣泡居中誤差，而且整平誤差與水準管分劃值及視線長度成正比。我們以DS3型水準儀(τ〞=20〞/2 mm)為例，進行等外水準測量時，若視線長D=100 m時，m平=0.72 mm。因此，在觀測時必須認真校正氣泡是否居中，并且視線不應過長，先后視然后轉向前視，要注意重新轉動微傾螺旋令氣泡居中才能讀數，但不能轉動腳螺旋，否則將改變儀器高產生錯差。

1.2.2 讀數誤差

讀數誤差是估讀水準尺上的毫米產生的誤差。它與十字絲的粗細、望遠鏡放大倍率和視線長度有關。在一般水準測量中，當視線長度為100 m時，估讀誤差約為±1.5 mm。人眼的分辨力，通常當視角＜1/10，就不能分辨水準尺上的兩點;當望遠鏡放大倍率為30倍，視線長度為100 m時，照準誤差約為±0.97 mm。若望遠鏡放大倍率較小或視線過長，尺子成像小，顯得不夠清晰，照準誤差和估讀誤差都將增大。故對各等級的水準測量，規定了儀器應具有的望遠鏡放大倍率及視線的最大長度。

1.2.3 水準尺豎立不直的誤差

如果水準尺不垂直于地面時，其讀數比水準尺豎直時的讀數要大，而且視線越高，誤差越大。因此測量時一定要將水準尺豎直，并且水準尺讀數不能太大，一般應≤2.7 m。

1.3 外界條件的影響

1.3.1 儀器升降的誤差

由于土壤的彈性及儀器的自重，可能引起儀器上升或下沉，從而產生誤差。若后視完畢轉向前視時，儀器下沉了Δ1，使前視讀數b1小了Δ1，即測得的高差h1=a1-b1，大了Δ1。設在一測站上進行兩次測量，第二次先前視再后視，若從前視轉向后視過程中儀器下沉了Δ2則第二次測得的高差h2=a2-b2，小了 Δ2，如果儀器隨時間均勻下沉，即 Δ1≈Δ2，取兩次所測高差的平均值，這項誤差就可以得到有效地削弱。因此，在國家三等水準測量中，應按后、前、前、后的順序觀測。

1.3.2 尺墊升降的誤差

與儀器升沉情況相類似。如轉站時尺墊下沉，使所測高差增大，如上升則使高差減小。故對一條水準路線采用往返觀測取平均值，這項誤差可以得到削弱。

1.3.3 地球曲率影響

地球是一個旋轉的橢圓球體。在普通測量中，當測區面積不大時，可以把球面視為平面，即以水平面代替水準面。但是地球曲率對高程測量的影響是不能忽略的，當視距為100 m時，在高程方面的誤差就接近1 mm，其影響是很大的。由于水準儀提供的是水平視線，因此后視讀數和前視讀數中都含有地球曲率誤差，但只要將儀器安置于距前、后視尺等距離處，就可消除地球曲率的影響。

1.3.4 大氣折光的影響

地面上空氣存在密度梯度，光線通過不同密度的媒質時，將會發生折射，而且總是由疏媒質折向密媒質，因而水準儀的視線往往不是一條理想的水平線。一般情況下，大氣層的空氣密度上疏下密，視線通過大氣層時成一條向下彎折的曲線，使尺上讀數減小，它與水平線的差值即為折光差。在晴天，靠近地面的溫度較高，致使下面的空氣密度比上面稀，這時視線成為一條向上彎折的曲線，使尺上讀數增大。視線離地面越近，折射也越大，因此一般規定視線必須高出地面一定高度，如高出地面0.3 m，就是為了減少這種影響。若在平坦地面，地面覆蓋物基本相同，而且前后視距相等，這時前后視讀數的折光差方向相同，大小基本相等，折光差的影響即可大部分得到抵消或削弱。當在山地連續上坡或下坡時，前后視視線離地面高度相差較大，折光差的影響將增大，而且帶有一定的系統性，這時應盡量縮短視線長度，提高視線高度，以減小大氣折光的影響。

2 結語

以上對各種誤差進行了逐項分析，實際上由于誤差產生的隨機性，其綜合影響在實際測量中將會相互抵消一部分。在實際測量中應該注意以下5點，可以減小各項誤差的影響，確保測量成果的精確度。

1)盡量做到前視距離與后視距離相等，前后視距離累積差不宜太大，三等水準測量≤5 m，四等水準測量≤10 m，這樣就可以減小多項誤差的影響。

2)視線長度要符合規范的要求：三等水準測量≤75 m，四等水準測量≤100 m，在不平坦地區應縮短視線長度，這樣就可以減小整平誤差、估讀誤差和照準誤差的影響。

3)視線離地面高度應保持一定的數值，不宜太高，也不宜太低，一般在0.3～2.7 m，這樣就可以減小水準尺豎立不直的誤差和大氣折光的影響。

4)每一測段的往測和返測，儀器站數應為偶數，由往測轉向返測時，兩水準尺必須互換位置。

5)在每一測站都應立即計算出后距、前距、前后視距差、前后視距離累積差、黑紅面讀數差、黑紅面所測高差之差，并按后、前、前、后的順序進行觀測。如果有一個環節出現問題，就會前功盡棄，事倍功半。

［1］葉澤榮，張慕良.水利工程測量［M］.北京：水利電力出版社，1994.

［2］何大海.水準測量的誤差來源及控制方法［J］.交通世界，2005(12)：224-225.

［3］肖輝.水準高程測量校核讀數新方法［J］.水利天地，2003(12)：38-39.

P224.1

B

1007-7596(2011)06-0106-02

2011-06-16;

2011-11-04

孫景榮(1977-)，男，黑龍江訥河人，助理工程師;李軍(1981-)，男，黑龍江訥河人，助理工程師。