淺談水準(zhǔn)測量的誤差來源

Summary:水準(zhǔn)測量是工程測量中不可或缺的一項工作，是高程測量中精度最高、用途最廣、一種普遍采用的測量方法，是高程測量的基本方法之一。水準(zhǔn)測量的誤差與使用的儀器、觀測者、外界環(huán)境等因素有關(guān)，本文對造成水準(zhǔn)測量誤差的各項影響因素進(jìn)行分析。Keys：水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)儀高程誤差一、緒論水準(zhǔn)測量在工程建設(shè)應(yīng)用中發(fā)揮著很重要的作用，它為施工放樣、設(shè)備安裝、變形監(jiān)測及分析與預(yù)報領(lǐng)域中提供基礎(chǔ)資料，為工程的順利進(jìn)行做鋪墊。在測量工作中，要確定地面點的空間位置，就必須要確定地面點的高程。確定地面點的高程的測量工作就成為高程測量，而高程測量則是我日常工作中重要的一部分。今天寫這個題目就是來探討水準(zhǔn)測量中存在的誤差以及解決的方法，從而進(jìn)一步提高地面高程點的精度。本文主要論述水準(zhǔn)測量在工程測量中的基本原理，以及在勘察設(shè)計過程中水準(zhǔn)測量的問題及控制方法。其分為：儀器誤差（系統(tǒng)誤差）及控制方法；觀測誤差（偶然誤差）及控制方法；外界條件（偶然誤差）影響和控制方法。二、水準(zhǔn)測量的基本原理和方法水準(zhǔn)測量的基本原理是根據(jù)幾何關(guān)系，利用儀器提供的水平視線觀測立在兩點間上的水準(zhǔn)尺以測定兩點間的高差。如圖1所示，在需要測定高差的A、B兩點上分別立上水準(zhǔn)尺，在A、B兩點的中點安置水準(zhǔn)儀，水平視線在A、B兩尺上的截尺數(shù)分別為a、b，設(shè)水準(zhǔn)測量的前進(jìn)方向是由A點向B點，則規(guī)定A點為后視點，其水準(zhǔn)讀數(shù)為a，稱為后視讀數(shù)；B點為前視點，其水準(zhǔn)讀數(shù)為b，稱為前視讀數(shù)，由于AB距離很短，地球曲率影響可以忽略不計，則A、B兩點的高差為：圖12.1、高差法高差法（由一點求另一點）直接利用高差計算未知點B高程的方法。hAB=a-b(后視讀數(shù)-前視讀數(shù))測得A、B兩點間高差hAB后，如果已知A點的高程HA，則B點的高程HB為：HB=HA

+hAB2.2．儀高法儀高法（由一點求多點）利用儀器視線高程Hi計算未知點B點高程的方法。Hi=

HA+aHB=

Hi-

b三、水準(zhǔn)測量誤差的來源實際勘測過程中，一個水準(zhǔn)點段測完后應(yīng)立即進(jìn)行檢核，在每一測站，沒有檢查、復(fù)核，為誤差的積累創(chuàng)造了條件，容易返工，耽誤時間、浪費人力。通過實踐證明,這一方法經(jīng)常出現(xiàn)錯誤，節(jié)選某危險源點的測量結(jié)果如表1.1和1.2所示：表1.1某危險源點A1-A9水準(zhǔn)點外業(yè)測量結(jié)果點號后視前視高程A12.4401842.111A20.2820.1551844.396A31.1161.7561842.922A40.9811.8331842.205A50.9720.9621842.224A60.9460.8451842.351A71.4430.8541842.443A81.1711.2991842.587A90.8781842.880表1.2某危險源點A1-A9水準(zhǔn)點外業(yè)復(fù)測結(jié)果點號后視前視高程A12.4401842.111A20.2820.1551844.396A31.1161.7561842.922A40.9811.8331842.205A50.9720.9621842.224A60.9440.8451842.351A71.4430.8531842.306A81.1711.3001842.449A90.8781842.742由圖可以看出，經(jīng)過表1.2復(fù)核補充測量成果證實，外業(yè)測量的結(jié)果不正確，因此有必要分析水準(zhǔn)測量的誤差，找出控制糾正的方法，避免錯誤的出現(xiàn)，保證測量結(jié)果的精準(zhǔn)度。四、水準(zhǔn)測量的誤差分析以及措施4.1、儀器誤差4.1.1、視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行的誤差成因:經(jīng)過校正的儀器,在使用時間過長或受到震動后,使得視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行而產(chǎn)生一定夾角。即使在水準(zhǔn)氣泡居中時,視準(zhǔn)軸也不會水平,結(jié)果在水準(zhǔn)尺上引起了讀數(shù)誤差,該誤差與視距的大小成正比。措施:使用前后視距相等的方法測量,可消除或減小該誤差的影響。4.1.2、調(diào)焦誤差成因：由于儀器制造加工不夠完善，當(dāng)轉(zhuǎn)動對光螺旋調(diào)焦時，對光透鏡產(chǎn)生非直線移動而改變視線位置，產(chǎn)生調(diào)焦誤差。措施：將儀器安置于距前、后視尺等距離處，后視完畢轉(zhuǎn)向前視，不再重新對光，可消除該誤差。4.1.3、水準(zhǔn)尺的誤差成因:水準(zhǔn)尺的誤差,包括尺長誤差、分劃誤差和零點誤差。作業(yè)前應(yīng)對水準(zhǔn)尺進(jìn)行檢驗,對尺長誤差和分劃誤差不符合規(guī)定要求的尺應(yīng)停止使用。措施:用兩根水準(zhǔn)尺交替放置并使每一測段的測站數(shù)為偶數(shù)或在由往測轉(zhuǎn)入返測時互換前后視標(biāo)尺，可消除該誤差。4.2、觀測誤差4.2.1、水準(zhǔn)管氣泡居中的誤差成因：水準(zhǔn)管誤差主要與水準(zhǔn)管分劃值及人眼的分辨率有關(guān)，由于生理條件限制，人的眼睛不可能嚴(yán)格辨別氣泡的居中位置，同時由于觀測方式的影響,導(dǎo)致讀數(shù)的誤差。措施：采用靈敏度高且裝有符合水準(zhǔn)器的儀器,在讀數(shù)前后調(diào)整氣泡居中,則該誤差會大為減少。4.2.2、估讀水準(zhǔn)尺的誤差成因：由于觀測者視力的不同以及受望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)V和觀測距離D的影響,視距越長，讀數(shù)誤差越大。措施：有關(guān)規(guī)范對不同等級水準(zhǔn)測量的視距長均作了規(guī)定，作業(yè)時應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行。4.2.3、水準(zhǔn)尺傾斜的誤差成因：測量時,水準(zhǔn)尺左右倒在目鏡中可以看到并可以糾正,但尺子前后倒時則會產(chǎn)生讀數(shù)誤差。措施：應(yīng)用“搖尺法”進(jìn)行讀數(shù)，讀數(shù)時向前、后緩慢搖動尺子，使十字絲橫絲在尺上的讀數(shù)緩慢改變，讀取變化中的最小讀數(shù)，該誤差可大大減小。4.3、外界條件的影響4.3.1地球曲率的影響成因：由于地球曲率的緣故,在同一水準(zhǔn)面上的兩個點其高差并不為零,由此產(chǎn)生的讀數(shù)誤差措施：將儀器置于前后視尺中間大致等距離處,利用等距等影響的原則,使測站高差計算中自動消除曲率對前后視讀數(shù)的影響。4.3.2、大氣折光的影響成因：由于受到地面輻射熱的緣故,空氣密度發(fā)生下疏上密的現(xiàn)象。當(dāng)視線通過不同密度的大氣層時,就會連續(xù)發(fā)生折射而呈現(xiàn)彎曲狀。視線離地面越近，光線的折射也就越大。措施：大氣折光對高差的影響,亦可用前、后視距相等的方法來加以消弱。但是,在地面坡度較大,前視或后視一端視線接近地面時,視線將發(fā)生向上彎曲,使尺上讀數(shù)增大,而且隨著地面覆蓋物的性質(zhì)不同而變化。因此不能采用前、后視距相等方法來消弱,只能縮短視線的長度,增加視線的高度,選擇良好的觀測時間等方法來減小大氣折光的影響。一般規(guī)定視線高度不要低于0.3m。4.3.3、儀器升沉的影響成因：在觀測中,由于儀器的自重、測站上土質(zhì)松軟等原因,使儀器隨時間逐漸下沉;或由于土壤的彈性會使儀器上升,它將使尺上讀數(shù)減小或增大。措施：儀器應(yīng)安置在土質(zhì)堅實的地方,腳架要踏牢。采用“后-前-前-后”的觀測順序,提高觀測速度,可消弱其影響。4.3.4、尺墊下沉的誤差成因：當(dāng)儀器轉(zhuǎn)站時,由于尺墊的自重或土質(zhì)松軟的原因,使尺墊隨時間逐漸下沉,后視讀數(shù)增大。措施：采用往返觀測取平均值的方法來減小尺墊下沉的影響。4.3.5、溫度變化對視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸夾角i的影響成因：強烈的陽光直接照射到儀器上，會使儀器各部件因溫度的急劇變化而產(chǎn)生改變，使測量受到影響。特別是烈日照射水準(zhǔn)管時，由于水準(zhǔn)管本身及管內(nèi)液體溫度的升高，氣泡會向溫度高的方向移動，從而產(chǎn)生氣泡居中誤差。措施：在水準(zhǔn)測量時，應(yīng)隨時注意撐傘遮陽,避免儀器受陽光的暴曬,或應(yīng)選擇在沒有強烈太陽光的時間觀測以減少該誤差的影響。五、水準(zhǔn)測量注意事項5.1、觀測5.1.1、測量前，應(yīng)對水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢驗與校正，對水準(zhǔn)尺進(jìn)行檢定。

5.1.2、儀器和尺子要盡量安置在地面堅實的地方，并踩實腳架，防止下沉。

5.1.3、前后視距要盡可能相等，視線不宜過長，但也不宜過短

5.1.4、瞄準(zhǔn)標(biāo)尺時，注意消除視差。每次讀數(shù)前使水準(zhǔn)管氣泡居中。讀完后，再檢查氣泡是否居中

5.1.5、注意對儀器的保護，做到“人不離儀器”5.1.6、只有當(dāng)一測站記錄計算合格后才能搬站，搬站時先檢查儀器連接螺旋是否固緊，一手托住儀器，一手握住腳架穩(wěn)步前進(jìn)。5.2、記錄5.2.1、讀書列入記錄時，要邊記邊復(fù)誦，避免聽錯記錯5.2.2、要按規(guī)定格式填寫，字跡清晰端正，。點號要記清，前、后視讀數(shù)不得遺漏，不得顛倒5.2.3、當(dāng)場用硬鉛筆填在記錄簿中，不得謄抄或轉(zhuǎn)抄，不得連環(huán)涂改，不準(zhǔn)用橡皮擦。寫錯后應(yīng)在原數(shù)字上劃線后再在上方重寫5.2.4每站應(yīng)當(dāng)場計算，檢查符合要求后，才能通知觀測者搬站。5.3、扶尺5.3.1、測量前要檢查標(biāo)尺刻度是否準(zhǔn)確，塔尺銜接處是否正確、牢靠，防止上節(jié)尺下滑造成讀數(shù)錯誤5.3.2、轉(zhuǎn)點位置要牢固，在后視、前視讀數(shù)間不得換尺，也不得移動。5.3.3、扶尺時，尺身要鉛直，防止左右傾斜，更要防止前后傾斜。六、結(jié)語水準(zhǔn)測量是測量中的一個需要頻繁操作的工作。水準(zhǔn)測量中的誤差，將直接影響地面點的精度，直接影響到工程的質(zhì)量。而減小和消除誤差的方法都是以增加時間或采取更多的步驟為代價的。所以,我們要熟練掌握技術(shù),采取規(guī)范的方法，嚴(yán)格執(zhí)行正確步驟，才能把水準(zhǔn)測量的誤差降到最小,做到精益求精,達(dá)到“多干事、動作快、效率好、省時間”的目的。[1]任娟娟.淺談水準(zhǔn)測量的誤差來源及控制方法[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2013,(2):[2]胡華兵.淺析水準(zhǔn)測量的誤差來源及控制方法[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015,(7):1821-1821.doi:10.3969/j.issn.2095-6630.2015.07