淺談水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來(lái)源

淺談水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來(lái)源

Summary:水準(zhǔn)測(cè)量是工程測(cè)量中不可或缺的一項(xiàng)工作，是高程測(cè)量中精度最高、用途最廣、一種普遍采用的測(cè)量方法，是高程測(cè)量的基本方法之一。水準(zhǔn)測(cè)量的誤差與使用的儀器、觀測(cè)者、外界環(huán)境等因素有關(guān)，本文對(duì)造成水準(zhǔn)測(cè)量誤差的各項(xiàng)影響因素進(jìn)行分析。Keys：水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)儀高程誤差一、緒論水準(zhǔn)測(cè)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(cè)及分析與預(yù)報(bào)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(cè)量工作中，要確定地面點(diǎn)的空間位置，就必須要確定地面點(diǎn)的高程。確定地面點(diǎn)的高程的測(cè)量工作就成為高程測(cè)量，而高程測(cè)量則是我日常工作中重要的一部分。今天寫(xiě)這個(gè)題目就是來(lái)探討水準(zhǔn)測(cè)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(diǎn)的精度。本文主要論述水準(zhǔn)測(cè)量在工程測(cè)量中的基本原理，以及在勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中水準(zhǔn)測(cè)量的問(wèn)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(cè)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(cè)量的基本原理和方法水準(zhǔn)測(cè)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(cè)立在兩點(diǎn)間上的水準(zhǔn)尺以測(cè)定兩點(diǎn)間的高差。如圖1所示，在需要測(cè)定高差的A、B兩點(diǎn)上分別立上水準(zhǔn)尺，在A、B兩點(diǎn)的中點(diǎn)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(cè)量的前進(jìn)方向是由A點(diǎn)向B點(diǎn)，則規(guī)定A點(diǎn)為后視點(diǎn)，其水準(zhǔn)讀數(shù)為a，稱為后視讀數(shù)；B點(diǎn)為前視點(diǎn)，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(jì)，則A、B兩點(diǎn)的高差為：圖12.1、高差法高差法（由一點(diǎn)求另一點(diǎn)）直接利用高差計(jì)算未知點(diǎn)B高程的方法。hAB=a-b(后視讀數(shù)-前視讀數(shù))測(cè)得A、B兩點(diǎn)間高差hAB后，如果已知A點(diǎn)的高程HA，則B點(diǎn)的高程HB為：HB=HA

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

HA+aHB=

Hi-

b三、水準(zhǔn)測(cè)量誤差的來(lái)源實(shí)際勘測(cè)過(guò)程中，一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)段測(cè)完后應(yīng)立即進(jìn)行檢核，在每一測(cè)站，沒(méi)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(shí)間、浪費(fèi)人力。通過(guò)實(shí)踐證明,這一方法經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，節(jié)選某危險(xiǎn)源點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果如表1.1和1.2所示：表1.1某危險(xiǎn)源點(diǎn)A1-A9水準(zhǔn)點(diǎn)外業(yè)測(cè)量結(jié)果點(diǎn)號(hào)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(xiǎn)源點(diǎn)A1-A9水準(zhǔn)點(diǎn)外業(yè)復(fù)測(cè)結(jié)果點(diǎn)號(hào)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(guò)表1.2復(fù)核補(bǔ)充測(cè)量成果證實(shí)，外業(yè)測(cè)量的結(jié)果不正確，因此有必要分析水準(zhǔn)測(cè)量的誤差，找出控制糾正的方法，避免錯(cuò)誤的出現(xiàn)，保證測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度。四、水準(zhǔn)測(cè)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(guò)校正的儀器,在使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或受到震動(dòng)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(shí),視準(zhǔn)軸也不會(huì)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(cè)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(dòng)對(duì)光螺旋調(diào)焦時(shí)，對(duì)光透鏡產(chǎn)生非直線移動(dòng)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(duì)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(zhǎng)誤差、分劃誤差和零點(diǎn)誤差。作業(yè)前應(yīng)對(duì)水準(zhǔn)尺進(jìn)行檢驗(yàn),對(duì)尺長(zhǎng)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(cè)段的測(cè)站數(shù)為偶數(shù)或在由往測(cè)轉(zhuǎn)入返測(cè)時(shí)互換前后視標(biāo)尺，可消除該誤差。4.2、觀測(cè)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?xiàng)l件限制，人的眼睛不可能嚴(yán)格辨別氣泡的居中位置，同時(shí)由于觀測(cè)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(huì)大為減少。4.2.2、估讀水準(zhǔn)尺的誤差成因：由于觀測(cè)者視力的不同以及受望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)V和觀測(cè)距離D的影響,視距越長(zhǎng)，讀數(shù)誤差越大。措施：有關(guān)規(guī)范對(duì)不同等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的視距長(zhǎng)均作了規(guī)定，作業(yè)時(shí)應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行。4.2.3、水準(zhǔn)尺傾斜的誤差成因：測(cè)量時(shí),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(shí)則會(huì)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(shí)向前、后緩慢搖動(dòng)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(gè)點(diǎn)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(cè)站高差計(jì)算中自動(dòng)消除曲率對(duì)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(guò)不同密度的大氣層時(shí),就會(huì)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(duì)高差的影響,亦可用前、后視距相等的方法來(lái)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(shí),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(lái)消弱,只能縮短視線的長(zhǎng)度,增加視線的高度,選擇良好的觀測(cè)時(shí)間等方法來(lái)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(cè)中,由于儀器的自重、測(cè)站上土質(zhì)松軟等原因,使儀器隨時(shí)間逐漸下沉;或由于土壤的彈性會(huì)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(jiān)實(shí)的地方,腳架要踏牢。采用“后-前-前-后”的觀測(cè)順序,提高觀測(cè)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(shí),由于尺墊的自重或土質(zhì)松軟的原因,使尺墊隨時(shí)間逐漸下沉,后視讀數(shù)增大。措施：采用往返觀測(cè)取平均值的方法來(lái)減小尺墊下沉的影響。4.3.5、溫度變化對(duì)視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸夾角i的影響成因：強(qiáng)烈的陽(yáng)光直接照射到儀器上，會(huì)使儀器各部件因溫度的急劇變化而產(chǎn)生改變，使測(cè)量受到影響。特別是烈日照射水準(zhǔn)管時(shí)，由于水準(zhǔn)管本身及管內(nèi)液體溫度的升高，氣泡會(huì)向溫度高的方向移動(dòng)，從而產(chǎn)生氣泡居中誤差。措施：在水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)隨時(shí)注意撐傘遮陽(yáng),避免儀器受陽(yáng)光的暴曬,或應(yīng)選擇在沒(méi)有強(qiáng)烈太陽(yáng)光的時(shí)間觀測(cè)以減少該誤差的影響。五、水準(zhǔn)測(cè)量注意事項(xiàng)5.1、觀測(cè)5.1.1、測(cè)量前，應(yīng)對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢驗(yàn)與校正，對(duì)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(jiān)實(shí)的地方，并踩實(shí)腳架，防止下沉。

5.1.3、前后視距要盡可能相等，視線不宜過(guò)長(zhǎng)，但也不宜過(guò)短

5.1.4、瞄準(zhǔn)標(biāo)尺時(shí)，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(duì)儀器的保護(hù)，做到“人不離儀器”5.1.6、只有當(dāng)一測(cè)站記錄計(jì)算合格后才能搬站，搬站時(shí)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(shū)列入記錄時(shí)，要邊記邊復(fù)誦，避免聽(tīng)錯(cuò)記錯(cuò)5.2.2、要按規(guī)定格式填寫(xiě)，字跡清晰端正，。點(diǎn)號(hào)要記清，前、后視讀數(shù)不得遺漏，不得顛倒5.2.3、當(dāng)場(chǎng)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(xiě)錯(cuò)后應(yīng)在原數(shù)字上劃線后再在上方重寫(xiě)5.2.4每站應(yīng)當(dāng)場(chǎng)計(jì)算，檢查符合要求后，才能通知觀測(cè)者搬站。5.3、扶尺5.3.1、測(cè)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(cuò)誤5.3.2、轉(zhuǎn)點(diǎn)位置要牢固，在后視、前視讀數(shù)間不得換尺，也不得移動(dòng)。5.3.3、扶尺時(shí)，尺身要鉛直，防止左右傾斜，更要防止前后傾斜。六、結(jié)語(yǔ)水準(zhǔn)測(cè)量是測(cè)量中的一個(gè)需要頻繁操作的工作。水準(zhǔn)測(cè)量中的誤差，將直接影響地面點(diǎn)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(shí)間或采取更多的步驟為代價(jià)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(cè)量的誤差降到最小,做到精益求精,達(dá)到“多干事、動(dòng)作快、效率好、省時(shí)間”的目的。[1]任娟娟.淺談水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來(lái)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(cè)量的誤差來(lái)源及控制方法[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2015,(7):1821-1821.doi:10.3969/j.issn.2095-6630.2015.07