關于水準測量技術的精度分析及應用

摘要：目前，地面點的高程可通過水準測量、三角高程測量、GPS 高程測量等方法得到，每種方法各有優缺點。其中水準測量精度最高，它是我國高程控制網建立的主要方法，文章對水準測量實際應用及精度分析進行探討研究。

關鍵詞：水準測量；進度；分析

引言

水準測量是工程中不可或缺的一部分，該測量技術就是利用儀器的水平視線，從豎立地面的兩個標尺上截取的讀數值，以此來測定兩地的高差，在推算出其他的相關數據。當前，我國的水準測量無論是方法上還是儀器設備上仍然存在著一定的不足之處，人員的操作也有很多不規范的現象。所以，水準測量的數據還是存在一定的誤差的，這就要求采取一定的措施，盡量減少誤差的出現。

一、單一水準路線的測設和精度分析

單一水準路線的布設有支水準路線、附和水準路線和閉合水準路線。支水準由一個已知高級水準點，沿各個待定觀測點進行水準測量，最后沒有連接到已知高程點。為了能進行觀測成果的檢核，支水準路線必須進行往返觀測，并認真檢查已知水準點的正確性。支水準路線一般在外水準測量時采用，直接求得碎步點高程，等級水準測量較少布設支水準路線。從一個已知高程的水準點出發，沿各個觀測點進行測量，最后附和到另一個有已知高程的高等級水準點所構成的一條水準路線稱為附和水準路線，附和路線可進行觀測成果的檢核，是實際工作中運用最多的一種布設形式。從一個已知高程的水準點出發，沿各個待定高程的水準點進行測量，最后仍閉合到原水準點所組成的環形水準路線，稱為閉合水準路線。閉合水準路線的起點高程如果用錯，將不易被發現，從而導致所有待定點的高程錯誤，水準點稀少無法布設附和路線的地區，只能布設閉合水準路線。單一水準路線的幾種布設形式見下圖1。

水準外業觀測結束后，認真檢查手簿的正確性、完整性，測段的連續性。電子水準儀把內存數據傳輸出來，用附帶專用軟件將原始數據格式轉化為標準的excel 水準表格。計算測段高差與測段距離：一條水準路線由許多測段組成，每個測段的高差、距離整理出來，測段高差起止點與水準路線前進方向相同。繪制水準路線略圖，把測段高差與距離標在路線圖上，形象、直觀、便于計算，這樣做可以避免高差正負號搞錯，減少計算錯誤。測段高差累積和Σh，測段距離累積和Σs， 已知起算水準點的高程為H 終、H 始，Δh= H 終-H 始， 閉合差fh=Σh-Δh，閉合水準路線Δh=0，fh=Σh。當閉合差fh 符合相應等級水準測量的要求后，即閉合差小于限差，才能配賦閉合差fh，測段高差改正數vi=-fh.di/Σs， di 為第i 測段的長度。山地水準路線高差大，測站數多，可以按測站數n 分配閉合差，即vi=-fh.ni/Σn， Σn 為路線測站數總和，ni為第i 測段的測站數。

支水準路線的高程計算，是從已知水準點出發，將高程按水準路線前進方向逐步傳遞下去，待定點離已知點越近，高程精度越高，隨路線增長，誤差積累增多。附合水準路線中，路線中間的點精度最低，支水準路線中最末端的點精度最低，閉合水準路線與附和路線情況相同。《國家三、四等水準測量規范》規定：單獨的四等水準附和路線，長度不超過80 公里，環線周長不超過100 公里，同級網中結點間距離不超過30 公里。水準路線長度有嚴格的要求，能夠保證水準線路中各待定點的高程精度。一、二等水準測量同樣有相應的規范要求。有時水準測量閉合差超限，即水準不合，造成整條路線不合的原因是路線中某個或幾個測段不合，這時要分析每個測段，選擇可靠性低的測段重測。比如氣象條件不好時觀測的測段。測段找錯有選擇性和經驗性，是水準測量的難點。筆者認為，在地面松軟的地段施測，可選擇單程雙測，測段不合，當時就能知道，及時返測。沿公路等土地結實地段施測，嚴格按規范要求作業，一般都能合，無需單程雙測，三等以上水準例外。光學水準儀配合電子手簿記錄，水準出錯的概率多是讀數錯誤，讀錯大數，紅黑面沒有細看分米，直讀厘米、毫米，如黑面1567誤讀為1667，紅面6254 誤讀為6354（4687尺），這種情況記錄者也發現不了。電子水準儀不會出現觀測記錄錯誤，用電子水準儀施測的路線基本都能合。影響水準測量精度的還有標尺傾斜，儀器沉降等因數，就一個測站而言，影響不明顯，但較多測站積累，誤差就大了，這種誤差屬系統誤差。由此造成的水準不合，重測幾個測段也不一定能找回。水準測量時，必須嚴格按規范要求作業，盡量避免系統誤差對測量精度的影響。

二、水準網的測設與精度分析

線狀分布的高程測量適用于路線水準測量，如鐵路、公路高程控制測量。區域性的工程測量，控制點呈網格狀分布，需要布設成水準網，如下圖分別為附合水準網和獨立水準網：

水準網里若干條水準路線，網中相互連接的交點稱為結點，水準網在測設時，先設計好網圖，構成閉合環的幾個結點，用理論閉合為零作為檢核條件，網中的所有閉合環都合后，水準網可以進行挺差計算。水準網平差計算較復雜，一般采用平差軟件計算。先整理每個測段的高差、距離，按軟件要求編排的格式錄入，平差結果會自動計算出來。水準網中相鄰的兩個水準環有公共邊，一個水準環閉合，環中的所有測段都是合的。水準網計算不合時，采用公用邊排查的方法，能找出有問題的測段。水準網中結點相互連接，每個結點高程有不同閉合環分別求的，然后定權求平均數算得，誤差分配均勻，高程精度較高。

三、結論

水準測量是一種獲取高精度高程數據的方法，目前通過GPS 精化大地水準面，在某些地區可取代四等或等外水準測量，但精化大地水準面前期工作很多，在任務緊急，沒有布設GPS 精化網的測區，水準測量仍舊無法取代。鐵路、公路的施工控制測量，水庫大壩及高層建筑物的沉降觀測，使用水準測量是最可靠、有效的方法。

參考文獻

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