精密水準測量誤差控制策略探討

池國民,閆萬曉,胡尊迎（.山東省地震局安丘地震臺,山東　安丘　600;　.山東省地震局郯城馬陵山地震臺,山東　郯城　7600）

?

精密水準測量誤差控制策略探討

池國民1,閆萬曉2,胡尊迎2
（1.山東省地震局安丘地震臺,山東安丘262100;2.山東省地震局郯城馬陵山地震臺,山東郯城276100）

摘 要：本文主要是探討在地震監測中如何精密水準測量，對精密水準測量的誤差進行分析，并提出解決方案。通過對水準測量誤差控制的分析，總結誤差產生的原因，從而找出有效的控制方法，這是本文的研究意義。

關鍵詞：地震；精密水準測量；誤差控制

0　引言

我國是一個地震多發的國家，地震活動比較頻繁，同時地震的強度也很大，分布還十分廣泛。對于地震帶來的災害，大家都是印象深刻，一般都會造成很壞影響，國家對于這方面的重視也是很認真的。目前的地震監測手段主要是這幾種：甚長基線干涉測量VLBI衛星測距、SLR、全球定位系統GPS和精密水準測量等方式。在實際的監測中有很多造成誤差的原因，以下就是針對這些誤差進行的分析同時提出一定的解決方案，供精密水準測量工作者參考。

1　關于儀器誤差的分析

儀器誤差一般包括角誤差、氣泡居中誤差、水準尺刻畫誤差、水準尺每米長度誤差、一對水準尺零點差引起的誤差等等。在實際工作中由于現在科技的進步，所以儀器和標尺準確度都相當高了，在觀測的時候工作人員需要在操作手法上進行規范。接下來主要是分析儀器中常見的一些問題和控制方法。

（1）角誤差。角誤差一般就是我們說的視準軸和水準軸不是平行的狀態，在校正水準儀各軸之間的平行度之后，調整水準儀，保持前后視距的相等。I角保持不變，這樣可以有效消除誤差；I角變化不大的時候這種誤差相對的比較小，一等精密水準一般不會超過±4s。

（2）氣泡居中誤差。儀器中的氣泡在實際工作中是很難完全居中的，只能說是工作人員盡量保持氣泡居中，一般在工作中都是采用一半矯正法[1]。現在由于科技的進步，比較先進的一些電子儀器也可以消除這種誤差，使用先進的電子水準儀，可以有效消除這種誤差。

（3）水準尺刻劃誤差。刻尺在生產過程中可能會出現一些一些殘次品或不合格的產品，工作人員在使用的時候要避免這種產品，發現之后應該及時更換呈準確的刻尺，避免這種誤差出現。

（4）水準尺每米長度誤差。f是水準尺每米間隔平均真長誤差，h是一個測站的觀測高差，其改正數為a=fh，對整個測段來說，∑a=∑fh，h為整個測段各個測站觀測高差之和。對于水準尺零點差引起的誤差可以通過測站總數為偶數來消除。

2　關于人為誤差的分析

（1）水準標尺不穩。水準尺在測量中必須要垂直于尺樁或者是尺臺，如果水準標尺發生偏移，就會導致讀數比實際值偏大，累積下來就會使這一段的數值出現誤差，降低水準測量的精度，如果誤差嚴重，很有可能返工重測[2]。為減小這種誤差，可以使用裝有水準器的標尺，可以有效減小標尺的傾斜程度，降低誤差影響。

（2）三腳架不穩定。測量的設備要架在結石穩定的地面上，如果地面不平就會產生誤差，所以在測量的時候先要用腳把地面踩實，增加地面的穩定性和結實性。

（3）尺墊或尺樁穩定性差。在轉點如果尺標有下沉的現象，后視讀數就很有可能會增加，這樣就會導致嚴重的誤差現象。工作人員為避免這種情況，就應該把尺墊放在牢固的土壤里，用往返測量的方式減小誤差[3]。這樣可以節省工作人員的時間。

（4）視差.十字絲平面和水準尺影像不重合就會產生讀數上的錯誤，工作人員在看的時候要小心調節焦距，避免出現錯誤，同時在觀測的時候不可以經常調節焦距。為避免這種誤差，在觀測的時候要保持前后視距相等，或者保持在一定的范圍內，可以有效降低讀數方面的誤差。

（5）照準和讀數誤差。水準尺上的毫米位一般是估讀，這對工作人員自身的專業素質要求就比較高了，需要工作人員根據自己的工作經驗進行估讀，讀數的誤差有可能會大，也有可能會小，一般的計算公式是：mv=60"D/vρ"。在這個公式中v是望遠鏡的放大率，60"是人眼能分辨的最小角度。想要避免這種誤差。就需要工作人員在讀數的時候仔細認真，防止出現類似的情況。

（6）其他人為因素。水準儀和水準標尺的距離不應該太長，在實際測量中，坡度大的山路一般是10—20m，平路為20—30m。夾十字絲要養成一個良好的習慣，用眼睛定住十字絲，一般來說往返的測量者應該是同一個人，這樣可以有效避免換人帶來的誤差。通常的讀數順序是：往測奇數站：后，前，前，后；往測偶數站：前，后，后，前。

3　對自然因素誤差的分析

（1）溫度變化。溫度發生變化，水標尺很可能因熱脹冷縮的原理發生變化，造成讀數出現誤差，這是自然因素，工作人員本身是難以抗拒的，所以在測量讀數的時候要避免溫度過高或過低的時候測量，要選擇一個比較合適的溫度進行測量，這樣的出的數據是比較準確的。

（2）大氣折光引起的誤差。空氣中的溫度如果不均勻就會產生光線折射，這樣儀器的視線就很難達到統一，天氣熱的時候，地面的溫度比較高，所以靠近地面的標尺就會變大，為了避免這種狀況，一般都要求視線必須高出地面0.5m，同時避免在中午前后觀測。大氣折光誤差公式是：r=p/7=D2/14R。地球曲率和大氣折光的影響是同時存在的，兩者讀數的總影響值為f=p-r。

（3）受水面反射的影響。觀測時不可以讓儀器和前后標尺三者共線，要讓儀器、前后標尺三者形成一條折線向前推進，同時也可以縮短視距，減小讀數誤差。在觀測的時候要盡力避開比較大的振動源或者高壓，必要時可停止觀測。

（4）氣候、熱力、引力等影響因素。在觀測過程中，日月位置會發生變化，測線方向變化等不可抗拒的因素會導致讀數產生誤差，還需要我們進一步去研究、探索，科技的進步會逐漸改善這些誤差的影響。

4　結束語

引起精密水準測量的誤差有很多因素，包括儀器設備、自然環境、人為因素等多個方面。在實際工作中應該盡量，取得最好的測量結果，為地震監測提供準確的消息，避免災難事故的發生。目前我國對于精密水準測量的誤差控制已經取得了初步的成效，但是還需要更多的研究，本文主要是對誤差的控制提供了一個研究方向，希望可以為測量工作者提供一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]梁振英,牟秀珍,李明.論精密水準測量的誤差傳播、精度估計和質量控制[J].測繪學報,1997(03):13-20.

[2]郝明.基于精密水準數據的青藏高原東緣現今地殼垂直運動與典型地震同震及震后垂直形變研究[D].中國地震局地質研究所,2012.

[3]王利.地質災害高精度GPS監測關鍵技術研究[D].長安大學,2014.

作者簡介：池國民（1987-），男，山東諸城人,本科，助理工程師，主要從事：大地水準測量工作。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.207