精密水準測量誤差控制策略探討

池國民,閆萬曉,胡尊迎（.山東省地震局安丘地震臺,山東　安丘　600;　.山東省地震局郯城馬陵山地震臺,山東　郯城　7600）

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精密水準測量誤差控制策略探討

池國民1,閆萬曉2,胡尊迎2
（1.山東省地震局安丘地震臺,山東安丘262100;2.山東省地震局郯城馬陵山地震臺,山東郯城276100）

摘 要：本文主要是探討在地震監(jiān)測中如何精密水準測量，對精密水準測量的誤差進行分析，并提出解決方案。通過對水準測量誤差控制的分析，總結(jié)誤差產(chǎn)生的原因，從而找出有效的控制方法，這是本文的研究意義。

關(guān)鍵詞：地震；精密水準測量；誤差控制

0　引言

我國是一個地震多發(fā)的國家，地震活動比較頻繁，同時地震的強度也很大，分布還十分廣泛。對于地震帶來的災(zāi)害，大家都是印象深刻，一般都會造成很壞影響，國家對于這方面的重視也是很認真的。目前的地震監(jiān)測手段主要是這幾種：甚長基線干涉測量VLBI衛(wèi)星測距、SLR、全球定位系統(tǒng)GPS和精密水準測量等方式。在實際的監(jiān)測中有很多造成誤差的原因，以下就是針對這些誤差進行的分析同時提出一定的解決方案，供精密水準測量工作者參考。

1　關(guān)于儀器誤差的分析

儀器誤差一般包括角誤差、氣泡居中誤差、水準尺刻畫誤差、水準尺每米長度誤差、一對水準尺零點差引起的誤差等等。在實際工作中由于現(xiàn)在科技的進步，所以儀器和標尺準確度都相當高了，在觀測的時候工作人員需要在操作手法上進行規(guī)范。接下來主要是分析儀器中常見的一些問題和控制方法。

（1）角誤差。角誤差一般就是我們說的視準軸和水準軸不是平行的狀態(tài)，在校正水準儀各軸之間的平行度之后，調(diào)整水準儀，保持前后視距的相等。I角保持不變，這樣可以有效消除誤差；I角變化不大的時候這種誤差相對的比較小，一等精密水準一般不會超過±4s。

（2）氣泡居中誤差。儀器中的氣泡在實際工作中是很難完全居中的，只能說是工作人員盡量保持氣泡居中，一般在工作中都是采用一半矯正法[1]。現(xiàn)在由于科技的進步，比較先進的一些電子儀器也可以消除這種誤差，使用先進的電子水準儀，可以有效消除這種誤差。

（3）水準尺刻劃誤差。刻尺在生產(chǎn)過程中可能會出現(xiàn)一些一些殘次品或不合格的產(chǎn)品，工作人員在使用的時候要避免這種產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)之后應(yīng)該及時更換呈準確的刻尺，避免這種誤差出現(xiàn)。

（4）水準尺每米長度誤差。f是水準尺每米間隔平均真長誤差，h是一個測站的觀測高差，其改正數(shù)為a=fh，對整個測段來說，∑a=∑fh，h為整個測段各個測站觀測高差之和。對于水準尺零點差引起的誤差可以通過測站總數(shù)為偶數(shù)來消除。

2　關(guān)于人為誤差的分析

（1）水準標尺不穩(wěn)。水準尺在測量中必須要垂直于尺樁或者是尺臺，如果水準標尺發(fā)生偏移，就會導致讀數(shù)比實際值偏大，累積下來就會使這一段的數(shù)值出現(xiàn)誤差，降低水準測量的精度，如果誤差嚴重，很有可能返工重測[2]。為減小這種誤差，可以使用裝有水準器的標尺，可以有效減小標尺的傾斜程度，降低誤差影響。

（2）三腳架不穩(wěn)定。測量的設(shè)備要架在結(jié)石穩(wěn)定的地面上，如果地面不平就會產(chǎn)生誤差，所以在測量的時候先要用腳把地面踩實，增加地面的穩(wěn)定性和結(jié)實性。

（3）尺墊或尺樁穩(wěn)定性差。在轉(zhuǎn)點如果尺標有下沉的現(xiàn)象，后視讀數(shù)就很有可能會增加，這樣就會導致嚴重的誤差現(xiàn)象。工作人員為避免這種情況，就應(yīng)該把尺墊放在牢固的土壤里，用往返測量的方式減小誤差[3]。這樣可以節(jié)省工作人員的時間。

（4）視差.十字絲平面和水準尺影像不重合就會產(chǎn)生讀數(shù)上的錯誤，工作人員在看的時候要小心調(diào)節(jié)焦距，避免出現(xiàn)錯誤，同時在觀測的時候不可以經(jīng)常調(diào)節(jié)焦距。為避免這種誤差，在觀測的時候要保持前后視距相等，或者保持在一定的范圍內(nèi)，可以有效降低讀數(shù)方面的誤差。

（5）照準和讀數(shù)誤差。水準尺上的毫米位一般是估讀，這對工作人員自身的專業(yè)素質(zhì)要求就比較高了，需要工作人員根據(jù)自己的工作經(jīng)驗進行估讀，讀數(shù)的誤差有可能會大，也有可能會小，一般的計算公式是：mv=60"D/vρ"。在這個公式中v是望遠鏡的放大率，60"是人眼能分辨的最小角度。想要避免這種誤差。就需要工作人員在讀數(shù)的時候仔細認真，防止出現(xiàn)類似的情況。

（6）其他人為因素。水準儀和水準標尺的距離不應(yīng)該太長，在實際測量中，坡度大的山路一般是10—20m，平路為20—30m。夾十字絲要養(yǎng)成一個良好的習慣，用眼睛定住十字絲，一般來說往返的測量者應(yīng)該是同一個人，這樣可以有效避免換人帶來的誤差。通常的讀數(shù)順序是：往測奇數(shù)站：后，前，前，后；往測偶數(shù)站：前，后，后，前。

3　對自然因素誤差的分析

（1）溫度變化。溫度發(fā)生變化，水標尺很可能因熱脹冷縮的原理發(fā)生變化，造成讀數(shù)出現(xiàn)誤差，這是自然因素，工作人員本身是難以抗拒的，所以在測量讀數(shù)的時候要避免溫度過高或過低的時候測量，要選擇一個比較合適的溫度進行測量，這樣的出的數(shù)據(jù)是比較準確的。

（2）大氣折光引起的誤差。空氣中的溫度如果不均勻就會產(chǎn)生光線折射，這樣儀器的視線就很難達到統(tǒng)一，天氣熱的時候，地面的溫度比較高，所以靠近地面的標尺就會變大，為了避免這種狀況，一般都要求視線必須高出地面0.5m，同時避免在中午前后觀測。大氣折光誤差公式是：r=p/7=D2/14R。地球曲率和大氣折光的影響是同時存在的，兩者讀數(shù)的總影響值為f=p-r。

（3）受水面反射的影響。觀測時不可以讓儀器和前后標尺三者共線，要讓儀器、前后標尺三者形成一條折線向前推進，同時也可以縮短視距，減小讀數(shù)誤差。在觀測的時候要盡力避開比較大的振動源或者高壓，必要時可停止觀測。

（4）氣候、熱力、引力等影響因素。在觀測過程中，日月位置會發(fā)生變化，測線方向變化等不可抗拒的因素會導致讀數(shù)產(chǎn)生誤差，還需要我們進一步去研究、探索，科技的進步會逐漸改善這些誤差的影響。

4　結(jié)束語

引起精密水準測量的誤差有很多因素，包括儀器設(shè)備、自然環(huán)境、人為因素等多個方面。在實際工作中應(yīng)該盡量，取得最好的測量結(jié)果，為地震監(jiān)測提供準確的消息，避免災(zāi)難事故的發(fā)生。目前我國對于精密水準測量的誤差控制已經(jīng)取得了初步的成效，但是還需要更多的研究，本文主要是對誤差的控制提供了一個研究方向，希望可以為測量工作者提供一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]梁振英,牟秀珍,李明.論精密水準測量的誤差傳播、精度估計和質(zhì)量控制[J].測繪學報,1997(03):13-20.

[2]郝明.基于精密水準數(shù)據(jù)的青藏高原東緣現(xiàn)今地殼垂直運動與典型地震同震及震后垂直形變研究[D].中國地震局地質(zhì)研究所,2012.

[3]王利.地質(zhì)災(zāi)害高精度GPS監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長安大學,2014.

作者簡介：池國民（1987-），男，山東諸城人,本科，助理工程師，主要從事：大地水準測量工作。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.207