淺析水準測量的誤差控制方法

【摘 要】文章對水準測量中的誤差原因進行分析統計，制定可行性控制方法，為當前公路、橋梁、隧道等建筑工程的水準測量提供借鑒。

【關鍵詞】水準測量；誤差分析；控制方法

公路、橋梁、隧道等建筑工程中，水準測量有著廣泛的應用，隨著測量事故的增多，測量誤差逐漸成為工程安全、質量和成本的頭號公敵。如何減小水準測量的誤差，也成為當前測量人面臨的最大難題。

1 儀器誤差

1.1 儀器校正后的殘余誤差 儀器校正后，還存在i角校正殘余誤差；這種誤差主要是由于儀器長期使用或受震動影響，使望遠鏡視準軸與水準管軸不平行造成的，屬于系統誤差，誤差大小同儀器與水準尺 的距離成正比。 控制方法：將儀器盡量安置在前、后視距離相等的地方，這樣就可以消除或減弱此項誤差的影響。

1.2 水準尺誤差 由于水準尺刻劃不準確，尺長變化、彎曲等影響，水準尺必須經過檢驗才能使用 。 控制方法： 1、尺的接頭誤差的影響，可以通過在水準測段內用同一根尺子，并把測段站數目布設成偶數站。2、尺的零點誤差的影響，可以通過在一個水準測段內，兩根水準尺交替輪換使用，即在本測站用作后視尺，下測站則用為前視尺，把測段站數目布設成偶數，則在高差中相互抵消。標尺的零點差可在一水準段中使測站為偶數的方法予以消除。

2 觀測誤差

2.1 人員本身 觀測人員必須熟悉測量學的基本理論知識，熟練掌握水準儀器的操作規程， 并且針對不同的工程特點、具體情況能采用不同的觀測方法和觀測程序，對觀測過程中出現的問題能及時分析出原因，能正確的運用誤差理論進行水準網平差計算。由于每個人使用儀器和讀數的習慣不一樣，如果變換觀測人員，就容易引起儀器操作誤差和讀數誤差。

控制方法：在每次觀測時，保證人員固定不動，減小觀測誤差(偶然誤差)。

2.2 視差影響 當存在視差時，尺像不與十字絲平面重合，觀測時眼睛所在的位置不同，讀出的數也不同，因此，產生讀數誤差。

控制方法是：在每次讀數前，要仔細進行物鏡對光，消除視差。

2.3 水準尺傾斜影響 水準尺如果是向視線的左右傾斜，觀測時可以通過望遠鏡十字絲很容易被察覺并糾正過來。但是，如果水準尺的傾斜方向與視線方向一致，則不容易被察覺。水準尺前后傾斜總是使尺上讀數增大。 控制方法：1、在水準測量中，要認真立尺，使尺處于鉛垂位置，尺上有圓水準氣泡的應使氣泡居中。2、可使用搖尺法，即讀數時尺底置于點上，尺的上 部在視線方向前后慢慢搖動，讀取最小的讀數。當地面坡度較大時，尤其應注意 將尺子扶直，并應限制尺的最大讀數，最重要的是在轉點位置。3、對無圓水準氣泡的尺子加裝圓水準氣泡。

3 外界條件的影響

3.1 儀器下沉

儀器下沉是指由于測站處的土質松軟，導致儀器發生下沉，視線降低，從而使得前視讀數減小，算得的高差增大，引起高差誤差。

控制方法： 1、采用雙面尺法或變更儀器高法時，第一次是讀后視讀數再讀前視讀數， 而第二次則先讀前視讀數再讀后視讀數。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。2、盡可能將儀器安置在堅硬的地面處，并將腳架踏實。3、加快觀測速度，盡量縮短前視讀數與后視讀數間的時間差。

3.2 尺墊下沉

如果儀器在搬到下一站尚未讀后視讀數的一段時間內，在轉點發生尺墊下沉，將會使下一站后視讀數增大，算得的高差也增大，從而引起高差誤差。

控制方法： 1、將轉點設在比較堅硬的地方。2、在特殊情況下，轉點要設在土質松軟的地方，則必須放置尺墊，并將其踩實，以防止水準尺在觀測過程中下沉；同時在土質很松軟的地方，踩實后不要立即進行觀測，要等一會兒，防止踏實的土松軟反彈。

3.3 地球曲率的影響 用水準測量的方法求地面兩點間的高差，借助了水準儀所提供的水平視線。 兩點間高差應該是分別通過這兩點水準面間的垂直距離，但水準面是一個曲面，水平視線相當于水準儀所在水準面的切線。因此，用水平視線代替大地水準面地，根據水準儀水平視線讀尺上讀數會產生水準面曲率誤差C。 控制地球曲率對高差的影響的方法是：將儀器安置在前、后視點大致等距的地方。

3.4 大氣折光的影響 一般由于大氣折光，視線并非是水平，而是一條曲線，曲線的曲率半徑為地球半徑的7倍，其折光量的大小對水準讀數產生的影響為折光影響與地球曲率影響之和。 控制方法：1、保持視線距離地面的角度不應小于 0.3m，因為視線離地面越近，折射越大。2、選擇有利的時間。一天之中，上午10點至下午4點這段時間大氣比較穩定，便于消除大氣折光的影響，但在中午前后觀測時，尺像會有跳動，影響讀數，應避開這段時間，陰天、有微風的天氣可全天觀測。3、基本保證前視水準尺和后視水準尺到測站的距離相等，這樣就可以消除大氣折光 在高差中的影響。

3.5 溫度對儀器的影響 溫度會引起儀器的部件漲縮，因此可能引起視準軸的構件（物鏡，十字絲和調焦鏡）相對位置的變化，或者引起視準軸相對與水準管軸位置的變化。光學測量儀器是精密儀器，不大的位移量可能使軸線產生幾秒偏差，從而使測量結果的誤差增大。不均勻的溫度對儀器的性能的影響尤為較大。

控制方法：1、盡量選在溫度均勻適宜的情況下測量，觀測時應注意撐傘遮陽。2、在數據處理時要加上溫差改正系數。

4 水準點的影響

水準點的影響有以下 4 個方面：1、如果水準點頂端處理不善，如頂端擱置面不平、粗糙，則每次標尺擱放情況就會不同，導致觀測結果偏差大。2、如果水準點材料的鋼度不夠，則材料容易變形，導致每次觀測時的標準不一樣，導致結果偏差大。3、如果觀測前未校驗水準點，如果出現沉降變化，用變化了的水準點作為觀測依據，結果自然偏差大。4、基準點保護不好，如基準點內有雜物且沒有及時清理，觀測的依據被破壞了，導致觀測結果出現偏差。

控制方法：布設專用的水準點，為便于相互檢查、核對，至少應設置3個或3個以上水準點，埋設地點必須穩定，避免受施工機具、車輛碰壓以及雜物影響。

5 觀測路線的因素 如果沒有制定合理的觀測路線，將會導致觀測路線、儀器支設位置、觀測距離不同，直接影響了觀測結果的準確性和精度。

控制方法：在控制點與觀測點之間建立固定的觀測路線，并在架設儀器站點與轉點處做好標記樁，保證各觀測均沿統一路線施測。

7 結論：

產生測量誤差的因素是多方面的，只有在施工過程中把握細節，才能盡可能地減小誤差。當今很多地方采用全站儀， 通過三角高程的方法來代替幾何水準進行水準觀測，可以減少勞動強度，但能否滿足精度要求，是值得在今后在施工過程中不斷加以研究的問題。

參考文獻：

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[2]李仕東.公路工程測量員必讀 [M] .北京：人民交通出版社，2005.1

[3]許嘉毅. 影響高層建筑沉降觀測精度的因素[J] . 中國高新技術企業 ，2010，(13)

作者簡介：

王春征 男 河南鄭州人 現職稱：助理工程師