淺析測量的誤差來源及控制的方法

關(guān)朝旭

大慶市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院

淺析測量的誤差來源及控制的方法

關(guān)朝旭

大慶市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院

測量在日常生活和工作中應(yīng)非常廣泛，測量種類敏繁多，任何一類別的測量都會存在誤差，產(chǎn)生誤差原因是多方面，本文對測誤差產(chǎn)生進(jìn)了詳細(xì)分析，指出了減少誤差的方法。

測量；誤差來源；控制方法

一、測量的概述

⒈測量的概念：測量是按照某種規(guī)律，用數(shù)據(jù)來描述觀察到的現(xiàn)象，即對事物作出量化描述。測量是對非量化實(shí)物的量化過程。

⒉測量的基本要素：

⑴測量的對象（也叫測量客體）：主要是指被測量物體的幾何量，包括長度、面積、形狀、高度、表面粗糙度以及形位誤差等。

⑵計量單位：我國的基本計量單位是米制（即公制）。在長度計量單位為米（M），其他常用單位有毫米(MM)、厘米(CM)、微米（UM）等，在角度測量中以度、分、秒為單位。

⑶測量方法：指在進(jìn)行測量時所用按類敘述一組操作邏輯次序。

⑷測量準(zhǔn)確度：指測量結(jié)果與真實(shí)值的一致程度。

⒊誤差：在測量時，測量結(jié)果與實(shí)際值之間的差值叫誤差。

二、測量誤差來源分析

⒈測量誤差產(chǎn)生的原因

測量工作是在一定條件下進(jìn)行的，外界環(huán)境、觀測者的技術(shù)水平和儀器本身構(gòu)造的不完善等原因，都可能導(dǎo)致測量誤差的產(chǎn)生。

(1)外界條件：主要指觀測環(huán)境中氣溫、氣壓、空氣濕度和清晰度、風(fēng)力以及大氣折光等不斷變化，導(dǎo)致測量結(jié)果中帶有誤差。

(2)儀器條件：儀器在加工和裝配等工藝過程中，不能保證儀器的結(jié)構(gòu)能滿足各種被測量物體關(guān)系，這樣的儀器必然會給測量帶來誤差。

(3)方法理論公式的近似限制或測量方法的不完善也會導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。

(4)觀測者的自身條件：由于觀測者感官鑒別能力所限、以及技術(shù)熟練程度等不同，也會使儀器對整平和瞄準(zhǔn)等方面產(chǎn)生誤差。

⒉測量誤差的分類

測量誤差主要分為三大類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差。

⑴系統(tǒng)識誤差

在相同的觀測條件下，對某量進(jìn)行了n次觀測，如果誤差出現(xiàn)的大小和符號均相同或按一定的規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。

系統(tǒng)誤差具有明顯的規(guī)律性和累積性，對測量結(jié)果的影響很大。但是由于系統(tǒng)誤差的大小和符號有一定的規(guī)律，所以可以采取措施加以消除或減少其影響。

⑵隨機(jī)誤差又叫偶然誤差

在相同的觀測條件下，對某量進(jìn)行了n次觀測，如果誤差出現(xiàn)的大小和符號均不一定，則這種誤差稱為偶然誤差，又稱為隨機(jī)誤差。

此誤差就其個別值而言，在觀測前我們確實(shí)不能預(yù)知其出現(xiàn)的大小和符號。但若在一定的觀測條件下，對某量進(jìn)行多次觀測，誤差列卻呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，稱為統(tǒng)計規(guī)律。而且，隨著觀測次數(shù)的增加，偶然誤差的規(guī)律性表現(xiàn)得更加明顯。

⑶粗大誤差

在一定的測量條件下，超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差。

產(chǎn)生粗大誤差的主要原因如下：

⑴客觀原因：電壓突變、機(jī)械沖擊、外界震動、電磁（靜電）干擾、儀器故障等引起了測試儀器的測量值異常或被測物品的位置相對移動，從而產(chǎn)生了粗大誤差。

⑵主觀原因：使用了有缺陷的量具；操作時疏忽大意；讀數(shù)、記錄、計算的錯誤等。另外，環(huán)境條件的反常突變因素也是產(chǎn)生這些誤差的原因。

三、測量誤差控制的方法

要控制測量誤差，首先要知道是哪一類型測量誤差，再根據(jù)所屬測量誤差類別，找出誤差原因，然后采取相應(yīng)的控制方法。因?yàn)闇y量類型不同，它們產(chǎn)生的誤差的原因不同，控制法也不一樣了。比如物理實(shí)驗(yàn)室測量與液體測量、導(dǎo)線測量以及水準(zhǔn)測量等測量方法不一樣，使用的儀器也不相同，產(chǎn)生的誤差也不一樣。本文由于篇幅的關(guān)系，選擇在測量界最有代表的水準(zhǔn)測量誤差控制方法作簡要分析。

⒈儀器誤差

是指水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不平行于水準(zhǔn)管軸所產(chǎn)生的誤差。再精密的儀器即使測量前經(jīng)過嚴(yán)格的校正，也仍會有極小的誤差。由此而導(dǎo)致水準(zhǔn)管氣泡位中，水準(zhǔn)管軸。使在水平位置從望遠(yuǎn)鏡看準(zhǔn)軸而發(fā)生傾斜，最終使讀數(shù)有誤差。在觀測時可以通過前后視距相等（也叫中間法）、前視距離和等于后視距離總和（又叫距離補(bǔ)償法）來清除。

⒉觀測誤差

⑴符合水準(zhǔn)管氣泡居中的誤差

由于符合水準(zhǔn)氣泡未能做到嚴(yán)格居中，造成望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸傾斜，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。讀數(shù)誤差的大小與水準(zhǔn)管的靈敏度有關(guān)。此外，讀數(shù)誤差與視線長短度也有關(guān)系，視線越長誤差越大。

⑵讀數(shù)誤差

在水準(zhǔn)尺上毫米數(shù)的誤差，與人眼的分辨能力、望遠(yuǎn)鏡的放大倍率，以及視線長度有關(guān)。

⑶水準(zhǔn)尺的傾斜誤差

水準(zhǔn)尺倘若向視線兩邊傾斜，它的讀數(shù)是隨著尺子傾斜角度增大而增大。簡言之就是尺子傾斜角度對讀數(shù)有著直接影響。據(jù)有關(guān)資料記載：“在水準(zhǔn)測量時，立尺一定要使尺標(biāo)準(zhǔn)垂直，尺上的圓準(zhǔn)應(yīng)使氣泡居中，必要時可用搖尺法，即讀數(shù)時尺底置于點(diǎn)上，尺的上部視錢方向應(yīng)前后慢慢搖動，讀取最小的讀數(shù)。如果碰上坡度較大情況，特別要注意把尺子扶直，并相應(yīng)限制尺的最大的讀數(shù)。”[1]

⒊外界條件和下沉的影響

⑴外界條件的影響（地球曲率和溫度）

以水平面代替水準(zhǔn)面時高程所產(chǎn)生的誤差要遠(yuǎn)大于測量高程的誤差。一定要考慮地球曲率對高程的影響，實(shí)測中采用中間法可消除。視線距離地面的角度不應(yīng)小于0．3m，并且其影響也可用中間法消除或減弱。除此之外，在考慮選時間時，應(yīng)先擇一天當(dāng)中的上午十點(diǎn)到下午四點(diǎn)，此時間段內(nèi)的大氣相對較穩(wěn)，可以避免大氣中折光干擾的影響。不過如果選擇中午前后的時間來觀測的話，尺像容易跳動，對讀數(shù)會產(chǎn)生影響，故要避開這時間段，在陰天或有微風(fēng)的天氣可全天觀測[2]。

⑵儀器下沉

水準(zhǔn)尺下沉的誤差是指儀器在遷過程中，轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生下沉，使遷站后的后視讀數(shù)增大，算得的高差也增大。如果采取往返測，往測高差增大，返測高差減小，所以取往返高差的平均值，可以減弱水準(zhǔn)尺下沉的影響。控制該誤差的方法是在轉(zhuǎn)點(diǎn)放上尺墊，并且踩實(shí)，完全可以達(dá)到防止水準(zhǔn)尺下沉。

四、總結(jié)

控制消除或減少誤差的措施是在不斷加強(qiáng)測量操作工作的中的熟悉度，同時嚴(yán)格執(zhí)行上面分析的控制誤差的方法，才能提高測量的速度與質(zhì)量，才能把誤差有效地控制在精確度的要求內(nèi)，最后達(dá)到所理想效果。

[1]符倫興.淺談工程水測量誤差來源與精密度控制[J].科技信息,2009

[2]周昌賢.淺析水準(zhǔn)測量的誤差來源及控制方法[J].中國科技博覽,2010