怎樣減少水準(zhǔn)儀測量誤差 減少水準(zhǔn)儀測量中誤差的有效措施

水準(zhǔn)測量是確定水利工程中地面點(diǎn)高程的方法之一，是高程測量中精度較高且常用的方法。實(shí)施過程中，需要幾個(gè)人合作才能完成，誤差允許范圍內(nèi)的精度由于儀器和人為的影響而不容易控制，而且易出現(xiàn)隱蔽性錯(cuò)誤，如果不能及早發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)資料是錯(cuò)誤的，從而水準(zhǔn)點(diǎn)高程不正確，直接影響水利工程的設(shè)計(jì)和施工。在實(shí)際測量工作中總結(jié)出了水準(zhǔn)測量的誤差形成與如何避免誤差的措施，望大家共同學(xué)習(xí)研究。

一、水準(zhǔn)測量的誤差分析及控制方法

水準(zhǔn)測量誤差有儀器誤差、觀測誤差和外界條件的影響。

1、儀器誤差之一是水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不平行于水準(zhǔn)管軸所產(chǎn)生的誤差。

儀器雖在測量前經(jīng)過校正，仍會(huì)存在殘余誤差。因此造成水準(zhǔn)管氣泡居中，水準(zhǔn)管軸居于水平位置而望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸卻發(fā)生傾斜，致使讀數(shù)誤差。這種誤差與視距長度成正比。觀測時(shí)可通過中間法（前后視距相等）和距離補(bǔ)償法（前視距離和等于后視距離總和）消除。針對中間法在實(shí)際過程中的控制，立尺人是關(guān)鍵，通過應(yīng)用普通皮尺測距離，之后立尺，簡單易行。而距離補(bǔ)償法不僅繁瑣，并且不容易掌握。

2、儀器誤差之二是水準(zhǔn)尺誤差

主要包含尺長誤差（尺子長度不準(zhǔn)確）、刻劃誤差（尺上的分劃不均勻）和零點(diǎn)差（尺的零刻劃位置不準(zhǔn)確），對于較精密的水準(zhǔn)測量，一般應(yīng)選用尺長誤差和刻劃誤差小的標(biāo)尺。尺的零誤差的影響，控制方法可以通過在一個(gè)水準(zhǔn)測段內(nèi)，兩根水準(zhǔn)尺交替輪換使用（在本測站用作后視尺，下測站則用為前視尺），并把測段站數(shù)目布設(shè)成偶數(shù)，即在高差中相互抵消。同時(shí)可以減弱刻劃誤差和尺長誤差的影響。

3、觀測誤差之一是符合水準(zhǔn)管氣泡居中的誤差

由于符合水準(zhǔn)氣泡未能做到嚴(yán)格居中，造成望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸傾斜，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。讀數(shù)誤差的大小與水準(zhǔn)管的靈敏度有關(guān)，主要是水準(zhǔn)管分劃值τ的大小。此外，讀數(shù)誤差與視線長度成正比。水準(zhǔn)管居中誤差一般認(rèn)為是0.1?τ，根據(jù)公式m居=0.1?τ?S/ρ，DS3級水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)管的分劃值一般為20″，視線長度S為75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm。由此看來，只要觀測時(shí)符合水準(zhǔn)管氣泡能夠認(rèn)真仔細(xì)進(jìn)行居中，且對視線長度加以限制，與中間法一致，此誤差可以消除。

4、觀測誤差之二是視差的影響

當(dāng)存在視差時(shí)，尺像不與十字絲平面重合，觀測時(shí)眼睛所在的位置不同，讀出的數(shù)也不同，因此，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。所以在每次讀數(shù)前，控制方法就是要仔細(xì)進(jìn)行物鏡對光，消除視差。

5、觀測誤差之三是水準(zhǔn)尺的傾斜誤差

水準(zhǔn)尺如果是向視線的左右傾斜，觀測時(shí)通過望遠(yuǎn)鏡十字絲很容易察覺而糾正。但是，如果水準(zhǔn)尺的傾斜方向與視線方向一致，則不易察覺。尺子傾斜總是使尺上讀數(shù)增大。它對讀數(shù)的影響與尺的傾斜角和尺上讀數(shù)的大?。匆暰€距地面的高度）有關(guān)。尺的傾斜角越大，對讀數(shù)的影響就越大；尺上讀數(shù)越大，對讀數(shù)的影響就越大。因此，在水準(zhǔn)測量中，立尺是一項(xiàng)十分重要的工作，一定要認(rèn)真立尺，使尺處于鉛垂位置。尺上有圓水準(zhǔn)的應(yīng)使氣泡居中。必要時(shí)可用搖尺法，即讀數(shù)時(shí)尺底置于點(diǎn)上，尺的上部在視線方向前后慢慢搖動(dòng)，讀取最小的讀數(shù)。當(dāng)?shù)孛嫫露容^大時(shí)，尤其應(yīng)注意將尺子扶直，并應(yīng)限制尺的最大讀數(shù)。最重要的是在轉(zhuǎn)點(diǎn)位置。

6、外界條件和下沉的影響

用水平面代替水準(zhǔn)面對高程的影響，可以用公式Δh=D2/（2R）表示，地球半徑R=6371Km，當(dāng)D=75m時(shí)，Δh=0.44cm；當(dāng)D=100m時(shí)，Δh=0.08cm；當(dāng)D=500m時(shí)，Δh=2cm；當(dāng)D=1Km時(shí)，Δh=8cm；當(dāng)D=2Km時(shí)，Δh=31cm；顯然，以水平面代替水準(zhǔn)面時(shí)高程所產(chǎn)生的誤差要遠(yuǎn)大于測量高程的誤差。所以，對于高程而言，即使距離很短，也不能將水準(zhǔn)面當(dāng)作水平面，一定要考慮地球曲率對高程的影響。實(shí)測中采用中間法可消除。大氣折光使視線成為一條曲率約為地球半徑7倍的曲線，使讀數(shù)減小，可以用公式Δh=D2/（2x7R）表示，視線離地面越近，折射越大，因此，視線距離地面的角度不應(yīng)小于0.3m，并且其影響也可用中間法消除或減弱。此外，應(yīng)選擇有利的時(shí)間，一日之中，上午10時(shí)至下午4時(shí)這段時(shí)間大氣比較穩(wěn)定，便于消除大氣折光的影響，但在中午前后觀測時(shí)，尺像會(huì)有跳動(dòng)，影響讀數(shù)，應(yīng)避開這段時(shí)間，陰天、有微風(fēng)的天氣可全天觀測。

儀器下沉是指在一測站上讀的后視讀數(shù)和前視讀數(shù)之間儀器發(fā)生下沉，使得前視讀數(shù)減小，算得的高差增大。為減弱其影響，當(dāng)采用雙面尺法或變更儀器高法時(shí)，第一次是讀后視讀數(shù)再讀前視讀數(shù)，而第二次則先讀前視讀數(shù)再讀后視讀數(shù)。即“后、前、前、后”的觀測程序。這樣的兩次高差的平均值即可消除或減弱儀器下沉的影響。

水準(zhǔn)尺下沉的誤差是指儀器在遷過程中，轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生下沉，使遷站后的后視讀數(shù)增大，算得的高差也增大。如果采取往返測，往測高差增大，返測高差減小，所以取往返高差的平均值，可以減弱水準(zhǔn)尺下沉的影響。最有效的方法是應(yīng)用尺墊，在轉(zhuǎn)點(diǎn)的地方必須放置尺墊，并將其踩實(shí)，以防止水準(zhǔn)尺在觀測過程中下沉。

二、水準(zhǔn)測量注意事項(xiàng)

由于測量誤差是不可避免的，我們無法完全消除其影響。但是可采取一定的措施減弱其影響，以提高測量成果的精度。同時(shí)應(yīng)絕對避免在測量成果中存在錯(cuò)誤，因此在進(jìn)行水準(zhǔn)測量時(shí)，應(yīng)注意以下各點(diǎn)： ⑴、觀測前對所用儀器和工具，必須認(rèn)真進(jìn)行檢驗(yàn)和校正。 ⑵、在野外測量過程中，水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)尺應(yīng)盡量安置在堅(jiān)實(shí)的地面上。三腳架和尺墊要踩實(shí)，以防儀器和尺子下沉。 ⑶、前、后視距離應(yīng)盡量相等，以消除視準(zhǔn)軸不平行水準(zhǔn)管軸的誤差和地球曲率與大氣折光的影響。 ⑷、前、后視距離不宜太長，一般不要超過100m。視線高度應(yīng)使上、中、下三絲都能在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)以減少大氣折光影響。 ⑸、水準(zhǔn)尺必須扶直不得傾斜。使用過程中，要經(jīng)常檢查和清除尺底泥土。塔尺銜接處要卡住，防止二、三節(jié)塔尺下滑。 ⑹、完數(shù)后應(yīng)再次檢查氣泡是否仍然吻合，否則應(yīng)重讀。 ⑺、記錄員要復(fù)誦讀數(shù)，以便核對。記錄要整潔、清楚端正。如果有錯(cuò)，不能用橡皮擦去而應(yīng)在改正處劃一橫，在旁邊注上改正后的數(shù)字。 ⑻、在烈日下作業(yè)要撐傘遮住陽光避免氣泡因受熱不均而影響其穩(wěn)定性。

三、水準(zhǔn)測量的檢核方法

1、測站檢核

待定點(diǎn)的高程是根據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)和沿線各測站所測的高差計(jì)算出來的。為了確保觀測高差正確無誤，須對各測站的觀測高差進(jìn)行檢核，這種檢核稱為測站檢核。常用的檢核方法有變儀高法和雙面尺法

雙面尺法是在一測站上，儀器高度不變，分別用雙面水準(zhǔn)尺的黑面和紅面兩次測定高差。若兩次測得高差之差未超過6mm，則取其平均值作為該測站的高差。否則需要重測。

2.路線檢核

雖然每一測站都進(jìn)行了檢核，但一條水準(zhǔn)路線是否有錯(cuò)還是沒有保證。例如，在前、后視某一轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，水準(zhǔn)尺未放在同一點(diǎn)上，利用該轉(zhuǎn)點(diǎn)計(jì)算的相鄰兩站的高差雖然精度符合要求，但這一條水準(zhǔn)路線卻含有錯(cuò)誤，因此必須進(jìn)行路線檢核。水準(zhǔn)路線檢核方法一般有以下三種：閉合水準(zhǔn)路線、附合水準(zhǔn)路線、支水準(zhǔn)路線。

減小和消除誤差的方法都是以增加時(shí)間或采取更多的步驟為代價(jià)。在測量中操作熟練，才能提高觀測的速度，采取規(guī)范的辦法，嚴(yán)格執(zhí)行正確步驟，司儀與立尺互相配合，才能得到正確結(jié)果。通過實(shí)踐證明，將控制方法應(yīng)用到實(shí)際工作中后，沒有出現(xiàn)過錯(cuò)誤，達(dá)到了“多干事、動(dòng)作快、效率好、省時(shí)間”的目的。