降低水準觀測誤差途徑的研究

張新華++陳菁++陶鐘博++王之睿++祁佳棟++李瑩

摘 要：要減小水準測量誤差，控制沉降檢測閉合差在較小的范圍，是保證測量數據的準確性保證，準確反映建筑物的高程變化的水準測量技術，使水準路線的高差閉合差超限，達不到相應的精度要求；測量工作受到儀器設備精度、觀測者操作水平和環境條件等三方面因素的影響而產生誤差，且有些誤差在幾個測站上反映不出來，在實際工程運用中往往測站數較多，累計誤差使高差閉合差超限。文中分析主要誤差產生的原因，提出消除或減小誤差的相應技術措施。

關鍵詞：水準測量 誤差分析 預防措施

中圖分類號：P244.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0029-01

在建筑工程中，工程測量決定了一個工程施工期間乃至竣工后若干年的質量，作為業主特別關注建筑物交付后的變形。能真實地反映建筑物的變形情況，減小水準測量誤差，控制沉降檢測閉合差在較小的范圍，是保證測量數據的準確性保證，準確反映建筑物的高程變化的水準測量技術，通過外業實測高差來計算觀測點的高程。在測量中儀器誤差、觀測誤差和外界條件均會對測量結果產生影響，使水準路線的高差閉合差超限，達不到相應的精度要求。該文就減小水準測量誤差措施，提高觀測精度的方式進行分析。

1 儀器原因的誤差

儀器誤差主要包含儀器校正后的殘余誤差和水準尺誤差。測量都需要儀器操作進行，盡管測量儀器的改進更新速度較快，但任何儀器只能具備一定的精確度而影響測量結果。例如：水準儀殘余誤差（i角），它是指水準儀的水準管軸與望遠鏡視準軸不平行產生的誤差，水準測量前儀器必須經過校核才能使用，校核結果不可能零誤差，允許范圍的殘余誤差存在很正常。在測量中保證前后視距相等（i后=i前），即觀測中通過中間法（前、后視距相等）和距離補償法（前后視距離總和相等），便可消除或減弱此項誤差的影響。另外，還可以采取精密水準儀和精密水準尺，精密水準儀的望遠鏡放大倍率和水準管靈敏度高，讀數精度提高；減小水準管分劃值，提高儀器的置平精度。甚至采用電子水準儀和條碼水準尺的方法，實現測量速度快、精度高、易于實現水準測量內外業工作一體化等優勢來提高精度。

2 儀器操作者觀測誤差

2.1 操作誤差的影響

由于儀器操作人員視覺分辨率局限，加上操作儀器時的各種人為動作手勢對操作過程的對中、置平、瞄準、讀數等都會產生誤差。例如：在普通的厘米分劃的水準尺上，由觀察者估讀毫米數，這種偏差非常正常；觀測者的技術熟練程度也影響觀測結果。普通DS型水準儀符合水準管氣泡居中誤差，測量時視線的水平是以水準管氣泡居中為依據，由于符合水準管氣泡未能做到嚴格居中，造成望遠鏡視準軸傾斜而讀數誤差，誤差的大小與人眼的分辨能力和水準管的靈敏度有關，并且與視線長度成正比。控制這種誤差，觀測時應根據水準測量的精度等級對視線長度加以限制，且每次讀數前用微傾螺旋使兩半氣泡影像嚴密吻合成一光滑的圓弧，才能保證讀數及高差的正確性。

2.2 讀數誤差的影響

普通水準尺估讀到毫米的誤差，與人眼的分辨能力、望遠望的放大倍數及視線長度有關，隨時出現的視差影響讀數更大。當眼睛在目鏡端上、下微動時，若發現目標影像與十字絲有相對運動，即隨著眼睛觀察位置的不同，便讀出不同的讀數，說明有視差存在。在水準測量中，視差的存在會給觀測結果帶來較大的誤差，故讀數前必須反復調節目鏡與物鏡對光螺旋，使標尺的分劃影像與十字絲平面重合，以消除視差的影響，提高讀數精度。

2.3 立尺配合、尺面垂直

采用不同的憑靠手段保證水準尺垂直固定。當觀測點在墻上時，尺的一邊依靠墻面固定；當設置轉點時，立尺時用2根1 m左右的竹竿呈三角固定支撐保持水準尺穩固垂直。同時觀測者也可通過望遠鏡檢查水準尺左右傾斜，及時發出糾偏信號。當水準尺前后傾斜，望遠鏡中不易發現，可以采用讓水準尺前后慢速搖動直到讀數最小才是最佳值。

3 外界環境的影響

外界環境中的空氣溫度、日光照射、大氣折光、氣壓、風力、煙霧等等變化都對測量工作帶來誤差影響。

3.1 儀器或尺墊下沉或上升引起的誤差

儀器在松軟土質區域安置，儀器可能會慢慢下沉而視線下降，致使前視讀數減小；反之土壤被壓實后，土壤膨脹又會使儀器上升而使前視讀數增大。為避免此項誤差的影響，測站選擇在堅實的地面，并將腳架踩實，提高觀測速度；當用雙面尺法或二次儀高法測高差時，采用“后前前后”的觀測順序，取兩次高差的平均值作為最后結果，可減弱該項誤差的影響，尺墊的升降也是如此。

3.2 地球曲率引起的誤差

地面上兩點間的高差應是兩點的高程之差，理論上水準測量應根據彎曲的水準面來求兩點間的高差。控制地球曲率和大氣折光的影響措施：由于接近地面的大氣折光變化復雜，靠近地面的溫度較高，空氣密度較稀，因此視線離地面愈近，折射就愈大，而且即使保持前視、后視距離相等，大氣折光的誤差也不能完全消除，所以視線最低要高出地面0.3 m以上，才能減弱折光變化的影響。在水準測量中，如風吹、日曬、溫度的變化、水分的蒸發等均會影響到水準測量的精度，如溫度變化會造成水準尺影像在望遠鏡十字絲面內的上、下跳動，難以讀數。

4 結論

在水準測量中的精度，直接影響到建筑工程的質量控制。發現誤差并及時消除或減弱其影響是提高工程質量的關鍵，而減弱和消除誤差的方法總是以增加觀測時間或采取更多的操作步驟為代價的。只有在測量中操作熟練，才能提高觀測速度；只有采取規范的方法，嚴格執行正確步驟，觀測員與立尺員互相配合，才能得到正確的結果。

參考文獻

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