工程水準測量的誤差控制舉措探討

陳彩芹

摘 要 水準測量是當前高程測量中應用最廣、精度最高的一種測量方法，但在其開展的過程中，往往會受儀器、觀測方法以及外界環境等的影響而致使存有一定誤差，一旦控制不當便會使得測量結果的精準性大大降低。對此，本文從水準測量誤差的諸多成因著手，細致探討了水準測量誤差的控制舉措，以饗同行。

關鍵詞 水準測量;誤差成因;控制舉措

1水準測量誤差的成因

1.1 測量儀器引起的誤差

（1）水準尺不精準。某些水準尺自身刻線不精準、尺長誤差，以及水準尺長時間使用且保養不當而導致尺身彎曲，尺底磨損導致的尺底零位改變等，都會導致測量時出現誤差。

（2）水準管軸與視準軸不平行。雖然測量前會對儀器進行校正，但仍可能會存在殘余誤差;同時，隨著使用時間的推移或震動的影響，往往會造成視準軸與水準管軸出現夾角。在此種情況下，即使水準管氣泡居中視準軸也會存在一定的傾斜，從而造成一定的誤差。

1.2 觀測不當引起的誤差

（1）讀數誤差。在測量讀數的過程中，因測量人員視力差異、望遠鏡放大倍率不同以及視線長度大小的影響，都會造成讀數時的誤差。此時，水準尺的讀數誤差可依據以下所列公式計算得出：其中，V為望遠鏡放大倍率，D為視線長度，ρ″為206265″，60″為人眼的極限分辨能力。由此看出，視線距離越長誤差則越高，而望遠鏡的放大倍率約小則誤差也越大。

（2）水準尺傾斜誤差。水準尺傾斜誤差是水準測量中極為常見也是最易被忽略的問題，如若立尺不規范發生左右傾斜，則極易通過望遠鏡的十字絲發現并予以糾正，而如若水準尺發生前后傾斜，則測量時不易被發現，如若繼續進行測量作業就會導致讀數偏大，且讀數誤差隨著傾角的增大而越大。

（3）儀器整平誤差。若水準儀整平的過程中，水準管氣泡未嚴格居中，則會使得水準軸出現一定程度的傾角，就會造成水準軸與水平面相偏離，從而造成視線傾斜而導致讀數誤差。

1.3 外界因素引起的誤差

（1）測量儀器下沉。在開展水準測量時，若所選測量點地質松軟，再加上測量儀器的自重，往往會導致儀器出現下沉的現象，且還會隨著時間的推移下沉越嚴重，由此所造成的誤差也會越來越大。

（2）大氣折光變化。因大氣折光而造成的水準測量誤差十分復雜，其通常會使測量時的水平視線變為曲線，且該曲線的曲率通常為7倍的地球半徑，也正是因為這一曲線因素的存在而造成了視線讀數的誤差，且這一誤差與視線長度以及視線與地面的距離均存在一定的關系[1]。

2水準測量誤差的控制舉措

2.1 測量儀器所致誤差的控制

（1）水準尺不精準的控制。在水準測量儀器投入使用前，須嚴格按照相關標準及精度要求對水準尺予以檢驗，且對于尺長誤差及刻畫誤差超過標準要求的應立即停用。對于因尺底磨損而導致的零點誤差，可通過測偶數站的方式減少或規避零點誤差。

（2）水準管軸與視準軸不平行的控制。對于因水準管軸與視準軸不平行而造成的測量誤差，可采用中間法或距離補償法予以規避。其中，中間法即是前后視距相等法，在立尺時需要測量人員先通過鋼卷尺或皮尺對測距予以測量，然后再于相應位置進行立尺，這樣大大減少了操作工序，而且還能有效降低水準管軸不平行誤差。此外，若因外界因素而導致前視點與儀器距離過大或過小，則應于下一測站相應增加后視點與儀器的距離，以便對上一測段所出現的誤差予以補償，但由于此種方式操作較為煩瑣，控制難度也相對較大。

2.2 觀測不當所致誤差的控制

（1）讀數誤差的控制。由上文中所提到的讀數誤差計算公式可知，要想有效減少與規避讀數誤差，必須從視線長度以及望遠鏡的放大倍率著手，這就需要我們在確保讀數正確無誤的前提下，首先確保望遠鏡放大倍率≥30倍，且視線長度應根據水準測量的等級選擇適宜視線長度。例如，對于三等水準測量應控制視線長度不超過65cm，對于四等水準測量應控制視線長度不得超過80cm。

（2）水準尺傾斜的控制。加強對立尺環節的控制，是控制傾斜誤差避免讀數出現較大偏差的關鍵。通常，水準尺上會設置有圓水準器，以便于在水準測量時扶尺整平，這就需要在立尺的過程中立尺人員必須保持水準氣泡居中，此時觀測人員應準確迅速將標尺讀數讀出。若水準尺上未設置有圓水準器，則可以采用搖尺法確保水準尺能夠豎直，該操作步驟主要為：水準尺下端于待測點上方保持不動，尺上端視線應前后來回擺動予以觀測，直至讀數最小即為豎直狀態下水準尺的讀數。對于坡型較陡的地形測量時，水準尺讀數應控制最大不超過2.7m。

（3）儀器整平的控制。因未整平而導致的誤差受到視線長度的影響較大，并且會隨著視線長度的增大而增大。因此，針對這種誤差就需要我們在測量時，首先應選擇具有較高靈敏度的儀器，并在整平操作時應嚴格確保水準管氣泡能夠居中，并將視線長度控制在規定的長度，以此減少或規避未整平而導致的誤差。

2.3 外界因素所致誤差的控制

（1）儀器下沉的控制。為有效規避儀器下沉而導致的測量誤差，通常需要在測量前選擇條件較好的土質條件，且儀器的安設位置地面應堅實可靠并踩實處理，以有效防止測量儀器出現下沉。同時，整個測量過程應盡量以最短的時間完成觀測，減少儀器安置時間從而避免所造成的沉降現象。此外，對于測量精度要求較高時，可采用兩把黑紅雙面尺搭配測量，測量時應按照后→前→前→后依次予以觀測，從而有效規避因儀器出現下沉而造成的誤差。

（2）大氣折光變化的應對。水準測量時，應控制視線長度不宜過長，并確保視線與地面的高度應≥30cm;其次，在開展水準測量時，應盡量選擇適宜的觀測時間與天氣，通常，以每天的10：00～16：00這一時間段為最適宜觀測時間，因這一時間段內的大氣折光變化基本穩定，因此所造成的影響也基本最小[2]。

3結束語

綜上所述，導致水準測量誤差的原因來自多個方面，因此，需廣大測量作業人員熟練掌握各類誤差的來源及生成原因，具備熟練操作儀器的能力，并在測量實踐時規范操作，依據測量誤差的具體成因采取適宜的控制舉措，進而有效確保測量數據的精確有效。

參考文獻

[1] 池國民，閆萬曉，胡尊迎，等.精密水準測量誤差控制策略探討[J].山東工業技術，2016，（1）：230.

[2] 徐友堯.水準測量中應注意的問題與水準測量誤差控制分析[J].科學技術創新，2018，（13）：39-40.