水準測量誤差探析

黃 慧

濮陽職業技術學院（457000）

在水準測量時，由于各種影響因素會產生觀測誤差。為了提高觀測精度，就要分析誤差產生的原因，采取相應的措施來消除誤差或減弱誤差，從而提高觀測精度。影響觀測精度的因素，主要有儀器本身的誤差、觀測時的誤差及外界環境條件變化引起的誤差等。

1 儀器工具誤差

1）水準儀的水準管軸不平行于視準軸:如果兩軸不平行當水準管氣泡居中時，水準管軸處在水平位置，而視準軸處在傾斜位置，視線與水平線有一個小的傾角，這時的后視讀數和前視讀數產生兩軸不平行帶來的誤差。誤差的大小與儀器到水準尺之間的距離成正比。當后、前視距離不相等時，前、后視讀數帶來的讀數誤差不等，計算高差時誤差不能消除。觀測時兩軸不平行，若前、后視距離相等，即使是傾斜視線，前、后視讀數帶來的讀數誤差相等，計算高差時，讀數誤差抵消，算出的高差仍然是正確值。故水準測量觀測時應將儀器安置在后、前視兩支水準尺的中間位置，可以消除誤差。

2）水準尺誤差：水準尺刻劃不均勻、不準確，會影響尺子的真實長度。或者尺身變形、彎曲，也同樣會影響尺長的正確性。這種誤差是無法通過觀察手段來消除的，這種尺子要停止使用，使用經過檢定的水準尺。如果是塔尺，還要注意接頭是否牢固、準確，當精度要求較高時，一般不使用塔尺。

2 觀測誤差

1）水準管氣泡居中誤差:在進行水準測量時，視線的水平是根據水準管氣泡居中來判斷的。從觀察孔中觀察,氣泡兩端的像是否符合成一個圓弧，若符合成一個圓弧則說明水準管氣泡居中，用眼睛判斷像的符合可能存在誤差。氣泡居中是通過調節微傾螺旋使氣泡運動而后符合的,因為運動存在慣性。液體在水準管內運動與水準管壁間存在粘滯作用，因此觀察水準管氣泡是否居中時，由于這些原因很可能會出現誤差。所以，在觀測時要認真進行精平，在符合穩定的情況下才能讀數。

2）讀數誤差:在讀數時，毫米位讀數是估讀出來的，它與十字絲粗細,望遠鏡的放大倍數和視線的長度有關。如果望遠鏡放大倍數較小或者視線較長，尺子成的像較小，并且不夠清晰，照準誤差和估讀誤差都將增大。所以對各等級的水準測量，規定了儀器的放大鏡倍率及視線的極限長度。為了提高讀數精度，估讀毫米數要精確，視距線不應太長(三、四等水準測量視距分別≤75 m、100 m)。如果對光不清,水準尺影像與十字絲分劃板平面不重合，就會出現視差。若眼睛在不同的位置觀測，讀出的讀數不同，就會產生讀數誤差。故操作時應仔細轉動目鏡調焦螺旋和物鏡對光螺旋,使十字絲非常清晰，避免出現視差，盡量估讀準確，從而減小讀數誤差。

3）水準尺傾斜誤差:讀數時水準尺應處在鉛垂狀態，若水準尺傾斜讀數就會變大，如果水準尺左右偏斜，觀測者可以從望遠鏡中觀察發現。如果水準尺前后傾斜，則觀測者就不能發現，因而影響讀數。故要求扶尺人員將水準尺扶直，從而減小讀數誤差。

3 自然條件的影響

這方面主要有地球曲率與大氣折光的影響，以及儀器或尺墊的自然下沉，陽光、溫度、風力等因素產生的影響使觀測值含有誤差。

1）儀器及尺墊下沉的影響

當水準儀安置在土質松軟的位置時，儀器在觀測中會慢慢下沉。當完成后視讀數轉而讀前視尺時，視線高度下降，致使前視讀數變小。同樣當轉點選在松軟的土質上時,水準尺和尺墊也會慢慢下沉，從而使水準尺讀數變大，產生測量誤差。所以，為了減小這類誤差，將應測站及立尺點選在土質堅硬的地方，并且采用后、前、前、后的觀測順序，沿同一路線進行往返觀測，且取平均值的方法抵消儀器及尺墊下沉帶來的誤差。

2）地球曲率與大氣折光的影響

由于空氣的溫度不均勻,光學將會發生折射，也就是視線不成一條直線。尤其是晴天，越靠近地面氣溫越高，空氣密度越稀。因此，離地面越近，折射也就越大，就會使水準尺的讀數變大。故為了減小誤差提高精度,觀測時讓視線高出地面一定的高度。

4 注意事項

1）觀測者注意事項:儀器每使用一段時間后，都要進行檢驗與校正,保證儀器各軸線間的幾何條件;儀器應安置在距前、后兩水準尺距離大致相等的位置；儀器安置要穩定以防下沉，連接螺旋要擰緊；觀測時目鏡、物鏡對光要清晰。每次讀數之前要進行精準整平，使水準管氣泡居中，讓視線水平。讀數后，應檢查氣泡是否仍然居中，若不居中，要重新精確平整，重新讀數；讀數要正確，估讀要準確，必須讀四位，估讀到毫米，要注意記錄者復讀的數值是否與讀數一致；遷站要慎重，只有在記錄者計算檢查之后，才能遷站。

2）扶尺者注意事項:當使用塔尺時，應注意尺子的連接部位是否銜接好，防止尺節下滑，以免尺長不正確；轉點應選在土質堅硬的地方。經前視讀數后，尺墊不得再碰動，以避免傳遞高程產生錯誤；扶尺者應將尺子扶直，既要防止水準尺左右偏斜，更要防止水準尺前后傾斜；前視扶尺者，在未得到觀測者通知時，不得向下一站的后視點轉移，以避免造成整段觀測路線的返工重測。

3）記錄者注意事項:注意測站編號與點號的填寫；記錄者應認真聽取觀測者的讀數，并復讀讀數，同時記入表內，以免聽錯；如果有記錯算錯，要用橫線將錯處劃去，并在其上方記入正確數字。不要用橡皮擦試或涂改；當站需記錄、計算的內容，必須當站完成，并且檢查計算無誤后，才能告知觀測者遷站；不允許先記錄在草稿紙上，然后再譽抄在正規的表格內，以免記錄失去真實性。

總之,在水準觀測時，只要我們采取相應的測量措施,觀測時產生的誤差是可以消除或者減弱的。

[1]周文國,郝延錦.建筑工程測量[M].北京：科學出版社,2007,9.

[2]業衍璞.建筑測量[M].北京：高等教育出版社,2002,10.