水(shui)準(zhun)誤差(cha)的來源及控制方法 水(shui)準(zhun)測量常見問題(ti)解(jie)決(jue)方法

1.0 勘察設計過程中水準測量的問題

水(shui)(shui)準(zhun)測量(liang)是采用(yong)幾何(he)原理(li)，利用(yong)水(shui)(shui)平(ping)(ping)視線測定兩(liang)點(dian)間高差(cha)。儀(yi)器使(shi)用(yong)水(shui)(shui)準(zhun)儀(yi)，工具是水(shui)(shui)準(zhun)尺和(he)尺墊。公路工程(cheng)測量(liang)一般使(shi)用(yong)DS3型微傾(qing)式自動(dong)安平(ping)(ping)水(shui)(shui)準(zhun)儀(yi)，每公里能達到的精度是3mm，水(shui)(shui)準(zhun)儀(yi)在(zai)(zai)一個測站使(shi)用(yong)的基本程(cheng)序是安置儀(yi)器、粗略整(zheng)(zheng)平(ping)(ping)、瞄(miao)準(zhun)水(shui)(shui)準(zhun)尺、精確整(zheng)(zheng)平(ping)(ping)和(he)讀數(shu)。我們在(zai)(zai)實際(ji)勘測過程(cheng)中(zhong)按這(zhe)個順序施行，在(zai)(zai)每一水(shui)(shui)準(zhun)點(dian)段測完后復核結果。

2.0 水準測量的現狀

現在(zai)應用水(shui)準(zhun)(zhun)點與中樁(zhuang)分開觀(guan)測的(de)方法(fa)，水(shui)準(zhun)(zhun)點觀(guan)測采(cai)取往(wang)返(fan)測量，成(cheng)果整(zheng)理要求高差(cha)閉合差(cha)fh容(rong)（fh容(rong)=Σh往(wang)+Σh返(fan)）達到平原(yuan)微(wei)丘區三等水(shui)準(zhun)(zhun)測量的(de)精(jing)度(du)(du)不大(da)于±20·L（1/2）。平原(yuan)微(wei)丘地區影響水(shui)準(zhun)(zhun)測量精(jing)度(du)(du)的(de)主要因素(su)是(shi)水(shui)準(zhun)(zhun)路(lu)線的(de)長(chang)(chang)度(du)(du)，長(chang)(chang)度(du)(du)越(yue)長(chang)(chang)，精(jing)度(du)(du)越(yue)低。山(shan)區，則是(shi)測站(zhan)(zhan)，測站(zhan)(zhan)越(yue)多(duo)，精(jing)度(du)(du)越(yue)低。

3.0 水準測量的誤差分析及控制方法

水準測量誤(wu)差有儀器誤(wu)差、觀測誤(wu)差和外界條(tiao)件的影響。

3.1 儀器誤差之一是水準儀的望遠鏡視準軸不平行于水準管軸所產生的誤差

儀器雖在(zai)測量前經過(guo)校(xiao)正(zheng)，仍會存在(zai)殘(can)余(yu)誤(wu)差(cha)。因此(ci)造成水準管氣泡(pao)居(ju)中(zhong)，水準管軸(zhou)居(ju)于水平位(wei)置而(er)望遠鏡視準軸(zhou)卻(que)發(fa)生傾(qing)斜(xie)，致(zhi)使(shi)讀數(shu)誤(wu)差(cha)。這種誤(wu)差(cha)與視距(ju)(ju)(ju)長度(du)成正(zheng)比。觀測時可通(tong)過(guo)中(zhong)間(jian)法(fa)(fa)（前后(hou)(hou)視距(ju)(ju)(ju)相等）和距(ju)(ju)(ju)離補(bu)償(chang)法(fa)(fa)（前視距(ju)(ju)(ju)離和等于后(hou)(hou)視距(ju)(ju)(ju)離總和）消除。針對中(zhong)間(jian)法(fa)(fa)在(zai)實(shi)際過(guo)程(cheng)中(zhong)的控制，立尺人是(shi)關(guan)鍵，通(tong)過(guo)應用普通(tong)皮(pi)尺測距(ju)(ju)(ju)離，之(zhi)后(hou)(hou)立尺，簡單易行。而(er)距(ju)(ju)(ju)離補(bu)償(chang)法(fa)(fa)不(bu)僅繁瑣，并且不(bu)容易掌握。

3.2 儀器誤差之二是水準尺誤差

主要(yao)包含尺(chi)(chi)長(chang)誤(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)（尺(chi)(chi)子長(chang)度不(bu)準(zhun)確(que)）、刻(ke)(ke)劃(hua)誤(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)（尺(chi)(chi)上的分劃(hua)不(bu)均勻(yun)）和(he)零點差(cha)(cha)(cha)（尺(chi)(chi)的零刻(ke)(ke)劃(hua)位置不(bu)準(zhun)確(que)），對于較精密(mi)的水(shui)準(zhun)測(ce)量，一般(ban)應選用尺(chi)(chi)長(chang)誤(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)和(he)刻(ke)(ke)劃(hua)誤(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)小的標尺(chi)(chi)。尺(chi)(chi)的零誤(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)的影響，控制方法可(ke)以通過在一個水(shui)準(zhun)測(ce)段(duan)內，兩根水(shui)準(zhun)尺(chi)(chi)交替輪換(huan)使用（在本(ben)測(ce)站用作后視(shi)尺(chi)(chi)，下測(ce)站則(ze)用為前視(shi)尺(chi)(chi)），并把測(ce)段(duan)站數目布設成偶數，即在高(gao)差(cha)(cha)(cha)中(zhong)相互(hu)抵(di)消(xiao)。同時可(ke)以減弱刻(ke)(ke)劃(hua)誤(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)和(he)尺(chi)(chi)長(chang)誤(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)差(cha)(cha)(cha)的影響。

3.3 觀測誤差之一是符合水準管氣泡居中的誤差

由于符合水(shui)(shui)(shui)準(zhun)(zhun)氣(qi)泡未能(neng)做(zuo)到嚴格居中(zhong)，造成望遠鏡(jing)視(shi)(shi)準(zhun)(zhun)軸傾斜，產生(sheng)讀數誤差(cha)。讀數誤差(cha)的大(da)小與水(shui)(shui)(shui)準(zhun)(zhun)管(guan)的靈敏度有關(guan)，主要(yao)是水(shui)(shui)(shui)準(zhun)(zhun)管(guan)分劃值τ的大(da)小。此(ci)外(wai)，讀數誤差(cha)與視(shi)(shi)線長度成正比。水(shui)(shui)(shui)準(zhun)(zhun)管(guan)居中(zhong)誤差(cha)一(yi)般(ban)認為(wei)是0.1·τ，根據公式m居=0.1·τ·S/ρ，DS3級水(shui)(shui)(shui)準(zhun)(zhun)儀(yi)水(shui)(shui)(shui)準(zhun)(zhun)管(guan)的分劃值一(yi)般(ban)為(wei)20″，視(shi)(shi)線長度S為(wei)75m，ρ=206265″，那么，m居=0.4mm。由此(ci)看來，只要(yao)觀測時符合水(shui)(shui)(shui)準(zhun)(zhun)管(guan)氣(qi)泡能(neng)夠認真仔細進行居中(zhong)，且對視(shi)(shi)線長度加以限制，與中(zhong)間法一(yi)致，此(ci)誤差(cha)可以消除。

3.4 觀測誤差之二是視差的影響

當(dang)存在(zai)視(shi)差(cha)(cha)時，尺像不與十字絲平面重合，觀測時眼睛(jing)所在(zai)的位置不同(tong)，讀出的數也不同(tong)，因此，產生讀數誤差(cha)(cha)。所以在(zai)每(mei)次讀數前，控(kong)制(zhi)方(fang)法(fa)就(jiu)是要仔細進行(xing)物(wu)鏡對光，消除視(shi)差(cha)(cha)。

3.5 觀測誤差之三是水準尺的傾斜誤差

水準(zhun)尺(chi)(chi)如果(guo)是(shi)向(xiang)視線(xian)(xian)的(de)左右傾斜(xie)(xie)，觀測時通過望(wang)遠(yuan)鏡十字絲(si)很容易(yi)察覺(jue)而糾正。但是(shi)，如果(guo)水準(zhun)尺(chi)(chi)的(de)傾斜(xie)(xie)方向(xiang)與視線(xian)(xian)方向(xiang)一(yi)致(zhi)，則(ze)不易(yi)察覺(jue)。尺(chi)(chi)子傾斜(xie)(xie)總是(shi)使尺(chi)(chi)上(shang)讀數(shu)增(zeng)大(da)(da)。它對讀數(shu)的(de)影(ying)響(xiang)與尺(chi)(chi)的(de)傾斜(xie)(xie)角和尺(chi)(chi)上(shang)讀數(shu)的(de)大(da)(da)小（即視線(xian)(xian)距地面的(de)高度）有關(guan)。尺(chi)(chi)的(de)傾斜(xie)(xie)角越(yue)大(da)(da)，對讀數(shu)的(de)影(ying)響(xiang)就越(yue)大(da)(da)；尺(chi)(chi)上(shang)讀數(shu)越(yue)大(da)(da)，對讀數(shu)的(de)影(ying)響(xiang)就越(yue)大(da)(da)。

所產(chan)生的讀數(shu)(shu)誤差(cha)為Δa=a（1-cosγ）。當(dang)γ=3o，a=1.5m時，Δa=2mm，由此(ci)可(ke)以看出，此(ci)項(xiang)影響是不可(ke)忽視的，通(tong)常我們立(li)鏡(jing)高(gao)度是1.7m, 則(ze)Δa=2.33mm，。因此(ci)，在(zai)(zai)水準(zhun)測量中，立(li)尺(chi)是一項(xiang)十分重要的工作，一定要認真立(li)尺(chi)，使(shi)尺(chi)處于(yu)鉛(qian)垂(chui)位置(zhi)。尺(chi)上(shang)有圓水準(zhun)的應使(shi)氣泡居中。必要時可(ke)用搖(yao)尺(chi)法，即讀數(shu)(shu)時尺(chi)底置(zhi)于(yu)點上(shang)，尺(chi)的上(shang)部(bu)在(zai)(zai)視線方向前后(hou)慢(man)慢(man)搖(yao)動(dong)，讀取(qu)最小(xiao)的讀數(shu)(shu)。當(dang)地面坡度較大(da)時，尤其應注意(yi)將尺(chi)子扶直，并應限制尺(chi)的最大(da)讀數(shu)(shu)。最重要的是在(zai)(zai)轉點位置(zhi)。

3.6 外界條件和下沉的影響

用(yong)水(shui)平面(mian)(mian)代(dai)替水(shui)準(zhun)(zhun)面(mian)(mian)對高(gao)程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)影(ying)響，可(ke)以用(yong)公式(shi)Δh=D2/（2R）表示，地(di)球半徑R=6371Km，當(dang)D=75m時(shi)(shi)，Δh=0.44cm；當(dang)D=100m時(shi)(shi)，Δh=0.08cm；當(dang)D=500m時(shi)(shi)，Δh=2cm；當(dang)D=1Km時(shi)(shi)，Δh=8cm；當(dang)D=2Km時(shi)(shi)，Δh=31cm；顯(xian)然(ran)，以水(shui)平面(mian)(mian)代(dai)替水(shui)準(zhun)(zhun)面(mian)(mian)時(shi)(shi)高(gao)程(cheng)(cheng)所產(chan)生的(de)(de)(de)誤差(cha)要遠(yuan)大于測量高(gao)程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)誤差(cha)。所以，對于高(gao)程(cheng)(cheng)而(er)言，即使距離(li)很短，也(ye)(ye)不(bu)能(neng)將水(shui)準(zhun)(zhun)面(mian)(mian)當(dang)作(zuo)水(shui)平面(mian)(mian)，一(yi)定要考慮地(di)球曲(qu)(qu)率(lv)對高(gao)程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)影(ying)響。實測中(zhong)(zhong)采用(yong)中(zhong)(zhong)間(jian)(jian)法(fa)可(ke)消(xiao)除(chu)(chu)。大氣(qi)折光使視(shi)線(xian)成為一(yi)條曲(qu)(qu)率(lv)約為地(di)球半徑7倍的(de)(de)(de)曲(qu)(qu)線(xian)，使讀(du)數減小(xiao)(xiao)，可(ke)以用(yong)公式(shi)Δh=D2/（2x7R）表示，視(shi)線(xian)離(li)地(di)面(mian)(mian)越近，折射越大，因此，視(shi)線(xian)距離(li)地(di)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)角度不(bu)應小(xiao)(xiao)于0.3m，并且其(qi)影(ying)響也(ye)(ye)可(ke)用(yong)中(zhong)(zhong)間(jian)(jian)法(fa)消(xiao)除(chu)(chu)或(huo)減弱。此外，應選擇有利的(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)(jian)，一(yi)日之中(zhong)(zhong)，上午10時(shi)(shi)至下午4時(shi)(shi)這段時(shi)(shi)間(jian)(jian)大氣(qi)比(bi)較穩定，便(bian)于消(xiao)除(chu)(chu)大氣(qi)折光的(de)(de)(de)影(ying)響，但(dan)在中(zhong)(zhong)午前后觀測時(shi)(shi)，尺像會有跳動，影(ying)響讀(du)數，應避(bi)開這段時(shi)(shi)間(jian)(jian)，陰天、有微(wei)風的(de)(de)(de)天氣(qi)可(ke)全(quan)天觀測。

由于大氣折光的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，視(shi)線是(shi)一條(tiao)曲線，大氣折光對讀(du)(du)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，用r表示。在穩定(ding)的(de)(de)(de)氣象條(tiao)件下r約為c 的(de)(de)(de)1/7，rR Dc2 07.071地(di)球曲率和大氣折光的(de)(de)(de)共同影響(xiang)(xiang) : R Drcf2 43 .0地(di)球曲率和大氣折光的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，可(ke)采用使前、后(hou)視(shi)距離(li)相等的(de)(de)(de)方法來消除。儀(yi)器(qi)下沉(chen)是(shi)指在一測站上讀(du)(du)的(de)(de)(de)后(hou)視(shi)讀(du)(du)數(shu)(shu)和前視(shi)讀(du)(du)數(shu)(shu)之間儀(yi)器(qi)發生下沉(chen)，使得前視(shi)讀(du)(du)數(shu)(shu)減(jian)(jian)小，算得的(de)(de)(de)高差(cha)增大。為減(jian)(jian)弱其影響(xiang)(xiang)，當采用雙面尺法或變更儀(yi)器(qi)高法時，第一次是(shi)讀(du)(du)后(hou)視(shi)讀(du)(du)數(shu)(shu)再讀(du)(du)前視(shi)讀(du)(du)數(shu)(shu)，而第二次則先讀(du)(du)前視(shi)讀(du)(du)數(shu)(shu)再讀(du)(du)后(hou)視(shi)讀(du)(du)數(shu)(shu)。即“后(hou)、前、前、后(hou)”的(de)(de)(de)觀測程序。這樣(yang)的(de)(de)(de)兩次高差(cha)的(de)(de)(de)平均值即可(ke)消除或減(jian)(jian)弱儀(yi)器(qi)下沉(chen)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。

水(shui)準尺(chi)(chi)下(xia)沉(chen)(chen)的(de)(de)誤差(cha)是指儀器在(zai)(zai)遷過(guo)程(cheng)中，轉點發生(sheng)下(xia)沉(chen)(chen)，使遷站(zhan)后的(de)(de)后視讀(du)數增(zeng)(zeng)大，算得的(de)(de)高差(cha)也增(zeng)(zeng)大。如果采取往(wang)返測，往(wang)測高差(cha)增(zeng)(zeng)大，返測高差(cha)減(jian)小，所以取往(wang)返高差(cha)的(de)(de)平均(jun) 值(zhi)，可以減(jian)弱水(shui)準尺(chi)(chi)下(xia)沉(chen)(chen)的(de)(de)影(ying)響。最有效(xiao)的(de)(de)方法是應用(yong)尺(chi)(chi)墊，在(zai)(zai)轉點的(de)(de)地(di)方必須放置尺(chi)(chi)墊，并將其踩(cai)實(shi)，以防止水(shui)準尺(chi)(chi)在(zai)(zai)觀測過(guo)程(cheng)中下(xia)沉(chen)(chen)。

根(gen)據(ju)誤(wu)差(cha)來源分析表1.1，應用偶然(ran)中(zhong)(zhong)誤(wu)差(cha)MΔ=±（[Δ·Δ]/[4·n·R]）（1/2）計算(suan)(suan)合格，附合路線(xian)閉合差(cha)公式(shi)計算(suan)(suan)同樣合格。那么，這個(ge)比較隱蔽的錯(cuo)誤(wu)主要來源是立(li)尺方向出現傾斜(xie)和轉點位置下沉或(huo)移動，中(zhong)(zhong)間法(fa)距離控(kong)制(zhi)(zhi)不好。解(jie)決的方法(fa)是首先(xian)改變水準測(ce)(ce)量的模式(shi)，基(ji)平與(yu)中(zhong)(zhong)平分開。其(qi)次在每(mei)一(yi)個(ge)測(ce)(ce)站檢核，在同一(yi)測(ce)(ce)站上以不同的儀器高度(du)（或(huo)稱視線(xian)高度(du)）觀(guan)測(ce)(ce)兩次，兩次所測(ce)(ce)高差(cha)之差(cha)不超過規定(ding)的容許(xu)值2.0mm，取其(qi)算(suan)(suan)術平均(jun)值作(zuo)為本(ben)測(ce)(ce)站的觀(guan)測(ce)(ce)結果。嚴格執行上述控(kong)制(zhi)(zhi)誤(wu)差(cha)的方法(fa)。就能夠有效的把誤(wu)差(cha)控(kong)制(zhi)(zhi)在精度(du)要求內。

4.0 結語

減(jian)小和消除誤差的(de)(de)方法都是以(yi)增(zeng)加時間或采取更多(duo)的(de)(de)步驟(zou)為代價。在測(ce)量(liang)中操(cao)作(zuo)熟練(lian)，才(cai)能提高觀測(ce)的(de)(de)速度(du)，采取規范的(de)(de)辦法，嚴格執行(xing)正(zheng)確步驟(zou)，司儀與(yu)立尺互(hu)相配(pei)合，才(cai)能得(de)到正(zheng)確結(jie)果。

通過實(shi)踐(jian)證明(ming)，將控制方法應(ying)用到實(shi)際工(gong)作中后，沒有(you)出(chu)現過錯(cuo)誤，達到了(le)“多干事、動作快、效率好、省時間”的(de)目的(de)。