水准测量误差分析及控制方法探讨

时间：2024-05-04

汤伟杰/广州市城市规划勘测设计研究院

水准测量误差分析及控制方法探讨

汤伟杰/广州市城市规划勘测设计研究院

【摘要】由于水准测量在社会生活中的到越来越广泛的应用，对于测量中存在的问题及控制也引发了人们越来越多的关注。进行水准测量时，会受到各种误差影响，包括仪器误差、外界因素影响而产生的误差和观测误差。通过对水准测量的误差分析和控制可以有效的解决施工中存在的问题，对于设计施工具有深远的意义。

【关键词】水准测量；误差；分析；控制

由于施工单位对质量的要求越来越越高，对水准测量的误差来源以及控制分析越来越重要。在勘察的过程中可以对可能出现的问题更好地把握，使得分析研究更加具有针对性和方向性，有利于水准测量的顺利实施和完成，保证测量结果更加可靠。

一、仪器误差分析及控制方法

（一）视准轴与水准轴不平行的误差

水准仪的视准轴与水准管轴不平行，在垂直面上投影的交角称为i角。虽然经过校正，但两轴完全保持平行是困难的，仍然会存在少量的残余误差。因此造成水准管气泡居中，水准管轴居于水平位置而望远镜视准轴却发生倾斜，致使读数误差。这种误差与视距长度成正比。在控制方法方面，可以利用中间法或者距离补偿法来消除测量误差，中间法是指前后的视距相等，立尺人发挥着重要的作用，在对测量的距离进行测量后开始立尺，使得测量过程更加简单有效。距离补偿法要求前视距离和与后视距离总和相等，在实施上具有一定的难度，没有中间法简单易行。

（二）水准尺误差

水准标尺的误差包括三个方面，分别是尺长误差和刻划误差以及零点差。其中尺长误差是指尺子的长度不准确带来的误差，刻划误差是由于尺上的分化不均匀产生的误差，零点差是由于零刻划位置不精准造成的误差。首先水准尺的分划不精确、尺长发生变化、尺身弯曲都会给读数造成误差。此外，由于水准尺长期使用导致尺底端零点磨损，或者是水准尺的底端沾上泥土改变了水准尺的零点位置。因此，在对于精密程度较高的水准测量上，一定要选择刻划误差以及尺长误差较低的标尺并且交叉使用，在测段站数目方面设为偶数，这样可以有效地避免对零点差的影响，从而大大的提升测量的精度。

二、观测误差分析及控制方法

观测误差是与观测过程有关的误差项，主要因为观测者自身素质、人眼判断能力及仪器本身精度限制所导致。因此，要减弱这些误差项的影响，要求测量工作人员严格、认真遵守操作规程。

（一）水准管气泡的居中误差

由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，与视线长度成正比。根据公式m居=0.1·τ·S/ρ，DS3级水准仪水准管的分划值一般为20″，视线长度S为75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm。由此看来，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，此误差可以消除。

（二）水准尺倾斜的影响误差

水准尺倾斜误差是测量过程中常见的问题，也是常常被忽略的部分。在测量的过程中水准尺发生倾斜时，如果只是水平上的倾斜很容易被察觉出来，而一旦倾斜的方向和视线方向同步的话很难被发现。水准尺的倾斜会使得观测在读数上产生误差，并且使读书结果超过正常的测量水平。这是由于水准尺的倾斜角以及尺上数字的大小决定的，倾斜角和读数越大，对读数的影响就越大，反之，倾斜角和读数越小，对读数的影响就相对越小。要想有效的避免水准尺的倾斜误差，还应该关注立尺的环节，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。

（三）照准标尺分划误差

照准标尺分化误差是指在测量的过程中造成的观测尺像与十字丝平面不重合，如果观测时眼睛所处的位置不同，相应的读数也会产生不同程度的差异，造成观测误差。要想有效的避免照准标尺分化误差，在观测的过程中应该仔细的调整物镜对光，提高可见效果。在一些专业领域的测量中还运用到了光学测微器，可以最大程度的读取标尺上的读数。

（四）估读水准尺的误差

水准尺估读毫米数的误差大小与望远镜的放大倍率以及视线长度有关。在测量作业中，应遵循不同等级的水准测量对望远镜放大倍率和最大视线长度的规定，以保证估读精度。

三、外界条件影响的误差分析及控制方法

（一）仪器下沉误差

仪器安置在土质松软的地方，脚架如未踏实，在观测过程中，仪器受自重和人在周围走动的影响，往往下沉。如果观测程序是先后视再前视，则前视读数变小，高差增大。这种误差对总高差的影响是积累性的，往返测取平均值则可抵消一部分的影响。为了减少仪器下沉对水准测量的影响，应选坚实的地点安置仪器，脚架要踏实，观测速度要提高。仪器下沉误差的影响在春暖化冻或沼泽地区尤其应当注意。

1.仪器下沉（或上升）所引起的误差。仪器下沉（或上升）的速度与时间成正比。为了减弱此项误差的影响，可以在同一测站进行第二次观测，而且第二次观测应先读前视读数，再读后视读数，取两次高差的平均值。

2.水准尺下沉（或上升）引起的误差是指仪器在迁站过程中，转点发生下沉（或上升），使迁站后的后视读数增大（或减小），算得的高差也增大（或减小），往测和返测时水准尺下沉（或上升）量是相同的，由于误差符号相同，而往测和返测高差符号相反，因此取往测和返测高差的平均值可消除其影响。

（二）转点下沉误差

和仪器下沉原因一样，为了减少这种误差的影响，应选坚实处做转点；使用尺垫时，要用力踏实，观测过程中保护好转点位置。同样也可取往返观测结果的平均值来抵消一部分的影响。

（三）温度的变化造成误差

水准测量通常是在是在室外进行的，测量环境的温度变化大，对测量的精度会产生一定的影响。在测量的过程中，温度的变化与标尺读数是成反比变化的。在前后距离保持相等的条件下，i角与温度变化成正比。如果读数的间隔保持不变可以有效地消除i角对读数的影响。因此，在观测顺序的选择上应该根据不同等级的水准测量做出，在测量的过程中尽量保持温度不要太大幅度的变化，并根据客观的环境制定详细的检测方案。

（四）大气层折光的影响

由于愈靠近地面空气密度愈大，视线通过不同密度的介质而产生折射，所以实际上视线并不水平而是呈弯曲状，这就是大气折光的影响。在平坦地区测量，如果前、后视距离相等，距离地面的高度也大致相同，则折光影响相同，视线弯曲程度也相同，在高差计算中就可以消除这种误差影响。当水准测量通过一个较长的坡度时，由于前视视线离地面的高度总是大于（或小于）后视视线离地面的高度，这时，垂直折光对高差就会产生系统性质误差影响。为了减弱垂直折光对观测高差的影响，应使前后视距尽量相等，并使视线离地面有足够的高度，在坡度较大的水准路线上进行作业时也应适当缩短视距。