科技与生活杂志：水准测量的误差分析控制 |
| 2012-12-01 11:20 作者：姬宏艳 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网12月1日文】据《科技与生活》杂志2012年第17期刊文，水准测量是采用几何原理，利用水平视线测定两点间高差。公路工程测量过程中会
出现各种误差，本文简要分析水准测量的误差及控制方法。
1概述
水准测量的基本原理是根据几何关系，利用仪器提供的水平视线观测立在两点上的水准尺以测定两点间的高差。具体作业方法如下：在选取了合适的水准路线和固定点之后（水准路线见附图），开始进行第一测站的观测，将水准尺立于固定点上做为后视，水准仪放置杂水准路线附近合适位置，然后在施测路径前进方向上取仪器与后尺大致相等距离放置尺垫，在尺垫上树立前尺。随后观测员对水准仪进行整平，并按“后后前前”的顺序对后尺前尺进行读数。在一测站完毕后，进行检核，每一测站没有检查和复核，将会增大积累误差值，容易造成返工，耽误时间，浪费人力，在水准测量实习中，这一错误的问题经常出现，只有即使处理好误差，然后通知后尺移站，此时前一站的前视点变为后一站的后视点，按照与前一站相同的工作程序完成该站的测量，直到完成该测段为止。现在水准点观测采取往返测量，成果整理要求高差闭合差△h容（△h容=∑h往+∑h返），达到工程测量规范要求；水准测量精度的主要因素是水准路线的长度，长度越长，精度越低，山区则是测站，测站越多，精度越低.
2水准测量的误差分析及逐步控制
通过大量的实践证明，水准测量主要存在仪器误差、观测误差、外界因素的影响等几种。
2.1仪器误差
水准测量之前，虽然进行仪器检验和校正，但仪器然存在误差，一方面是制造误差，即仪器在制造过程中就存在制造缺陷误差，这项误差是无法消除的；另一方面是检验和校正后的残余误差。影响最大、表现最突出的就是照准轴和水准管轴不平行的误差，即i角误差。通过管水准轴应平行于照准轴的检验原理可知，i角误差对高差的影响：每站高差为
h=（a-b）+i/p.（SA-SB）
每测段的高差为各站观测高差之和，则
∑h=∑（a-b）+i/p∑（SA-SB）
通过上式分析，i角的影响与仪器至前后视标尺的视距差及视距累积差有关。看见要消除i角的误差影响，在实际作业中，只要做到前后视距相等即可。但完全做到前后视距相等是非常困难的，所以测量当中采取前后视距接近，i角误差的影响就可忽略不计。对一个测段来说，若使前后视距累积差很小，就可以使i角误差的影响i/p∑（SA-SB）接近于零，从而减弱前后视距不等对测段高差所造成的影响。故水准测量对前后视距差及前后视距累积差可以在限定的范围差内。除仪器误差对高差具有影响外，还有水准标尺零点差误差的影响。水准标尺误差：水准尺误差有尺长误差（尺子长度不准确），刻划误差（尺上的分划不均匀）和零点差（尺子的零刻划位置不准确），三种情况组成。实践之前都要对水准尺进行检查，尽可能不使用尺长误差和刻划误差的标尺。对于标尺零点差的影响，可以在水准测量中，每测段的测站数取为偶数，可以消除标尺的零点差对高差的影响。.由于水准标尺使用的磨损等原因，有时不能完全一致，测量过程中尽量拿水准标尺刻度清晰的尺子。
2.2观测误差
气泡居中和水准标尺估数的误差：水准测量的主要条件是视线必须水平。但由于管水准器气泡未居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。因此，在中丝读数之前就要注意气泡居中情况，随时进行调整，以减少此类误差的影响。水准测量是通过望远镜获取标尺读数，所以存在估读误差，而估读误差的大小与厘米分划宽度的大小及十字丝的粗细有关，这两者又与望远镜的放大率及视线长度有关。为削弱估读误差的影响，尽量使误差控制在规定范围内。
视差的影响：
当存在视差时，尺像与十字丝平面不重合，观测时眼睛所在的位置不同，读数也不同，产生读数误差。所以在读数前，要进行仔细物镜对光，消除误差。
2.3标尺的倾斜误差
水准测量时，竖立在尺垫上的水准标尺是倾斜的，倾斜标尺上的读数总是比垂直竖立的标尺读数为大，当水准标尺的倾斜角为a时，其尺上读数为a1，则由图可知：
a=a1.cosa
△ △a=a1-a=a1.（1-cosa）
即△a的大小取决于水准标尺倾斜角a和标尺上读数a1的大小。
当a=1○，a1=3m时，则△a=0.5mm，这种影响在图根水准测量中是不算大的。要消除该误差的影响，必须认真扶尺。
2.4观测数据的处理
观测数据预处理：
1）尺长改正。用标尺尺长检定改正数乘以各测段高差
值，反符号加入往返测段高差中，即：
Δf=f∑h
f——为一对水准标尺每m长度的平均误差；
∑h为本测段累计高差。
2）正高改正。∈=AHi（Δ）′
Hi为测段始末两点的近似高程平均数，以米为单位；
（Δ）′为测段始末点纬度之差，以分为单位；
A根据整条水准路线的平均纬度为引数查表得出；
∈的计算结果以mm为单位。
3）水准路线闭合差的改正。此项改正在进行平差时予以
改正。
4）平差计算
将经过尺长和正高改正的外业测段高差，输入计算机，采
用清华山维软件进行平差。
2.5外界因素的影响
2.5.1仪器和标尺的升降误差
由于土质疏松及土壤的回弹性等原因，都会造成仪器或水准标尺的升降。为了减少这种误差的影响，读取红面读数时采用先读前视的办法。由此可知，如果作业时对一条水准路线采用往返方向进行观测，往返测的平均值中这种误差的影响将会得到减弱。
2.5.2地球弯曲和大气折光差的影响
当水平面代替水平面的限制时，由于地球曲率的缘故，对两标尺的读数产生误差，可以通过测量前后视距相等，即令S1=S2，就可以消除地球曲率差对每站高差的影响。大气折光使视线成为一条曲率为地球半径7倍的曲线，使读数减少可用公式△h=D/2（2x7R）表示，视线里地面越近，折射越大，因此视线距离地面不应小于0.3m，其影响可以通过中间法消除或减弱，应避开强烈的阳光照射。因此测量时选择有利的时间，一天之中，上午10时至下午4时这段时间大气较稳定，便于消除大气折光的影响，但在中午前后观测时，尺像会有跳动，影响读数，应避开这段时间，阴天、有微风的天气可全天观测。
仪器下沉是指在一测站上读的后视读数和前视读数之间仪器发生下沉，使得前视读数减少，算出的高差增大。为减弱其影响，当采用双面尺法或变更仪器高差时，第一次是读后视读数再读前视读数。即“后-前-前-后”的观测顺序。这样的两次高差的平均值即可消除或减弱仪器下沉的影响。
水准尺下沉的误差是指仪器在迁站过程中，转点发生下沉，使迁站后的后视读数增大，算得的高差增大。如果采取往返测，往测高差增大，返测高差减小，所以取往返高差的平均值，可以减弱水准尺下沉的影响。最有效果的方法是利用尺垫，在转点的地方必须放置尺垫，并将其踩实，以防水准尺在观测时下沉。
3水准测量的应用
3.1由+-0.000向屋顶传递高程
当井字梁屋顶做顶棚时，常要求在梁侧面抄测水平线如图3.1所示。如为了测设+3.800m水平线，安置水准仪先在+-0.000m上立水准尺，后视读数a=1.472m,然后计算前视b=3.800-a=3.800-1.472=2.328m,将水准尺倒立并上下移动，当水准视线前视正对准b=2.328时，则水准尺0点即为+3.800m高程处。
图3.1向屋顶传递高程
3.2测设坡度线
如图3.2为某小区一段污水管线混凝土平基的测设情况，1﹟桩处的设计高程H1=41.600m，设计坡度i=-1.4%，已知BM7高程H7=44.027m，测设步骤是：
图3.2测设坡度线
1）计算各桩设计高程Hi：
2﹟设计高程H2=41.600m+10.000mx（-1.4%）=41.460m
3﹟设计高程H3=41.600m+20.000mx（-1.4%）=41.320m
4﹟设计高程H4=41.600m+30.000mx（-1.4%）=41.180m
5﹟设计高程H5=41.600m+40.000mx（-1.4%）=41.040m
2）求出视线高Hi安置水准仪、在BM7上读后视读数a=1.412m，则视线高Hi=44.027+1.412=45.439m。
3）计算各桩上的应读前视bi：
1﹟应读前视b1=45.439m-41.600m=3.839m
2﹟应读前视b2=45.439m-41.460m=3.979m
3﹟应读前视b3=45.439m-41.320m=4.119m
4﹟应读前视b4=45.439m-41.180m=4.259m
5﹟应读前视b5=45.439m-41.040m=4.399m
5﹟应读前视b5=3.839m+40.000mx1.4%=4.399m计算无误
3结束语
减少和消除误差的方法都是以增加时间或采取更多步骤作为代价。在观测中操作熟练，才能提高观测速度，采取规范的办法，严格执行正确的步骤，观测与扶尺相互配合，才能得到正确的结果。测量需要认真细心，反复校核，相信能把误差减少到最低。水准测量应用中，多找方法来提高效率。
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