淺談水利工程中消除測量誤差的方法

□張美紅

在水利施工測量工作中，無論使用的測量工具多么精密，觀測多么仔細，觀測的結果總是不完全一致的，總會產生觀測值與觀測值之間、觀測值與真值之間存在差異的現象，這種現象即被稱為測量誤差。

一、測量誤差產生的原因及性質

(一)測量誤差產生的原因。導致測量誤差的原因主要有以下幾個因素：一是儀器本身存在著制造誤差。測量儀器是按照幾何光學原理制成的，其組成材料在制造時不是十分精確，加之受儀器制作工藝的局限，出廠前儀器校正不十分完善，影響了測量成果的準確性。二是人為因素引起的誤差。觀測員感覺器官鑒別能力的限制或對測量儀器的操作程序掌握的不夠熟練和準確，造成在儀器的安置、瞄準方向和讀取數據等方面存在著一定的誤差。三是外界自然條件造成的誤差。受自然條件不斷變化的影響，使得觀測值不斷變化，從而引起測量成果中含有誤差。

(二)測量誤差的性質。在測量成果中存在誤差是不可避免的。測量誤差按照它的性質可分為系統誤差和偶然誤差兩類。系統誤差是指：在相同的觀測條件下，對某量進行一系列的觀測，如果誤差的符號和大小保持一個常數，或表現出一致的傾向，或按一定的規律變化，這種誤差就稱為系統誤差。它主要是由于使用的觀測儀器不夠完善所引起的。系統誤差具有一定的規律性，只要我們掌握了它的規律性，就能夠將誤差消除掉。消除系統誤差的有效途徑有以下三種方法：一是對使用的儀器進行嚴格的檢驗與校正，掌握儀器的正確使用方法，并遵守一定的操作規程。二是采用適當的觀測方法、觀測程序和采取一定的措施來消除系統誤差的影響。例如在測量豎直角時，采用望遠鏡盤左和盤右兩個位置觀測同一目標的豎直角，并取平均值，就可以消除豎直度盤指標差的影響，得到正確的豎直角。三是采用適當的計算公式進行改正，例如用鋼尺丈量距離時，進行尺長改正、溫度改正和傾斜改正。

偶然誤差是指：在相同的觀測條件下，對某量進行一系列的觀測，如果誤差的大小和符號都沒有規律性，這種誤差就稱為偶然誤差。偶然誤差產生的根源，除了由于儀器、工具的性能和人的感覺器官的限制等因素外，還有當時觀測的外界條件的影響等因素。偶然誤差從表面上看似乎沒有什么規律，但觀測實踐證明，隨著觀測次數的增加，偶然誤差也服從一定的統計規律。偶然誤差有如下特證：在一定條件下，偶然誤差的絕對值不會超過一定的界限，絕對值較小的誤差比絕對值較大的誤差出現的機會多，絕對值相等的正負誤差出現的機會相同；隨著觀測次數的無限增加，偶然誤差的算術平均值趨向于零。

根據偶然誤差的特征，我們在實際工作中總是把多次觀測值的算術平均值作為最后的結果，以達到抵消偶然誤差的目的。

二、衡量測量成果精度的標準

中誤差：取各觀測值真誤差的平方的平均數，再開方作為中誤差。它是衡量一組觀測值精度的標準，也是確定允許誤差的理論基礎，在測量規范中常將中誤差作為衡量施工測量主要精度的指標。允許誤差：在實際測量中通常規定某一范圍的中誤差作為偶然誤差的限差(即允許誤差)。在測量規范中，常常將兩倍的中誤差作為衡量偶然誤差的標準。相對誤差：中誤差的絕對值與觀測值的比值即為相對誤差。當誤差的大小與觀測值本身的大小有關時，則采用相對誤差來衡量觀測值的精度是比較準確的。

三、測量工作中消除誤差的方法

(一)測量人員應當對自己所用的測量儀器和工具進行精心的愛護，定期進行檢驗、校正和保養，保持儀器的良好狀態，嚴格遵守操作規程。

(二)在工程正式開工前，應當仔細地審閱圖紙，了解設計內容，領會設計意圖，深入現場實地勘察，制訂出本工程的測量方案，在施測前進行內業計算，把有關的放樣數據標注在定位圖上，建立與本工程相對應的相應等級的施工控制網。

(三)進行水準測量時消除誤差的方法。一是讀數時，要注意鏡子里的成像是正像還是倒像，對于倒像的，應注意數字“9”和“6”的區別，還應注意數字上面表示整米數的圓點的個數，注意用十字絲的中絲讀取數字，不要把上、中、下三個絲看錯了。二是應注意立尺員所立的水準點是否是所要立的點，塔尺的接頭位置的尺寸是否正確，塔尺必須立直立正，不應前后傾斜。精密的水準測量應采用帶水準器的塔尺。三是應注意保持前后視距相等，消除視準軸與儀器豎軸不垂直引起的誤差。視線要離地面高1米以上，以減少大氣垂直折光的影響；應選在成像穩定的時間進行讀數，以減少讀數誤差。四是在某一測段中的水準路線上，測站數宜安排成偶數，以消除標尺的零點差。五是嚴格按照相應等級的水準測量規范中規定的限差進行測量，并對其測量結果進行平差計算。

(四)進行角度測量時消除誤差的方法。一是精確地對中和整平儀器，瞄準目標時，十字絲中絲的中心要準確地對準目標點，消除瞄準目標偏差。讀數要細心，盡量減少讀數誤差。二是使用盤左和盤右各觀測一次取其平均值，消除儀器視準軸誤差和橫軸傾斜誤差。三是采用測回法測角時，每一個測回要設置不同的起始讀數，以消除度盤刻劃不均勻的誤差，操作順序要正確。四是在短邊上測角時，由于對中誤差引起的角度誤差將變大，因此這時必須精確的對中。五是利用經緯儀正倒鏡法定線時，直線延長的長度不應大于后視邊的長度，這樣能夠減少對中誤差和照準誤差對邊長的影響。六是物鏡、目鏡要仔細對光，以消除視差，觀測過程中要隨時檢查水準管氣泡是否居中。

(五)用鋼尺丈量距離時消除誤差的方法。一是丈量時，前、后尺手要互相配合，同時拉緊鋼尺，尺身要平，拉力要均勻，將尺的刻度對準點位，同時進行讀數。二是讀數要準確，要注意尺的刻畫方向，不要只注意毫米、厘米而忽視分米和米，以免造成讀數誤差。三是要對丈量后的結果進行尺長改正、溫度改正和傾斜改正，化算成為水平距離，注意各項改正的正負號不要搞錯。