精密水準測量中的系統誤差初探

程潔，程坤

（江蘇省駱運水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

“精密水準測量”是指利用水準儀和水準尺對各地面點高程進行測量的一種方法和手段，是高程控制中的重要組成部分，能夠為國家高程基準、地形測繪等工作提供嚴密的數據，因而對其測量精度的要求非常高。但由于在實際的操作中存在影響測量精度的因素，并會產生一定的系統誤差，導致最終的測量結果不利于相關工作的開展。對此，還應不斷采取有效的措施來控制并降低精密水準測量中的系統誤差。

1 精密水準測量中的系統誤差分析

1.1 儀器本身缺陷造成的誤差

儀器本身的缺陷是導致精密水準測量產生系統誤差的原因之一。首先，當水準儀的視準軸與水準管軸不平行時便會產生誤差，以至于最終測量到的數據缺乏精準性，難以滿足測量要求；其次，水準標尺刻度不夠精準，比如零點標注不準確、水準尺本身發生形變等，也會導致最終測量的數據存在誤差，進而影響了測量工作的有效性。

1.2 外界條件影響造成的誤差

外界條件的變化常會對精密水準測量結果造成一定的影響，其主要體現在以下3方面：①水準儀沉降帶來的影響。當測量設備放置時間過久時，由于自重原因，水準儀和水準尺會對地面產生荷載力，進而出現儀器沉降現象，影響實驗的科學性，其隨機誤差也會慢慢增大。②溫度變化帶來的影響。由于儀器本身材質的不同，其受溫度變化影響的程度也不同。當溫度變化時，便會出現不同程度的熱脹冷縮，相關儀器測量的結果便會產生誤差，比如水準儀i角大小發生變化、視準軸和水準管軸的相對位置發生偏移等。③大氣折射帶來的影響。由于大氣層密度不夠均勻，光線在到達地面時便會產生不同的折射效果，此時便會使水平視線的測量高差產生誤差，進而影響讀數的精準度。

1.3 水準面曲率造成的誤差

在實際精密水準測量中，主要是借助水準儀的水平面即水平視線來觀測水準尺上的數值，而非水準面，隨后再通過計算得出高差數值。但事實上，高差主要代表的是兩點間水準面的距離，此時水準面曲率便會對測量結果產生系統誤差。

1.4 人為操作不當造成的誤差

人為操作不當是影響精密水準測量的重要因素之一。人為操作不當造成的誤差主要體現在以下3方面：①在測量過程中由于水準標尺不穩、三腳架不穩等導致水平視線產生傾斜，進而造成誤差；②對水準氣泡居中的操作不當也會產生誤差；③在觀測讀數上，由于水準尺不平、眼睛與目鏡位置不同造成的視覺偏差等都會導致數據存在誤差。

2 精密水準測量中的系統誤差控制措施

2.1 嚴格控制測量儀器的質量

為確保精密水準測量結果的精確性，在開始測量前，還應對所使用儀器的質量進行嚴格把關，避免因出現儀器缺陷而造成系統誤差。在實際中，應事先對水準儀的視準軸與水準管軸的平行度進行檢驗和校正，以便順利開展測量工作；應對水準標尺的質量進行檢驗，查看其刻度是否精準及有否出現變形等現象；還應盡量選用較為先進的電子水準儀，進而有效減小系統誤差。

2.2 減少外界條件的干擾與影響

在測量時，還應減少外界環境帶來的不良影響。首先，應嚴格控制水準儀的沉降問題，事先確保選擇好最佳的觀測地點，比如在堅實的地面測量等。同時，可采用往返觀測的方式來減小測量過程中的系統誤差。其次，應降低溫度變化帶來的影響。在實際測量中，避免在溫度差較大的情況下測量，而應在一個最佳的溫度環境下展開工作，以減少熱脹冷縮給水準標尺及相關儀器帶來的不良影響，進而提高讀數的準確性。最后，還應減少大氣折射帶來的影響。在山區測量時，由于受到光線折射的影響較大，因此，在測量時應確保水平視線高出地面一定的距離，比如50 cm，以減小誤差。在平原地區測量時，其影響程度較小，加之在陰天時受到大氣折射的影響較小，因此可根據實際需要盡量選擇在陰天及一些平原地區測量。此外，應注意避免在中午前后測量，以減少大氣折射對測量結果的不良影響。

2.3 減少人為操作不當產生的影響

要想減小水準測量系統誤差，還應充分考慮人為因素方面給測量結果帶來的影響，因此，還需不斷提高測量人員的專業技能，避免出現人為操作不當而影響測量結果的情況。具體可從以下幾方面做起：①在開始工作前，應對測量人員的專業技能進行嚴格考核。②在測量過程中，可使用帶有水準器的水準標尺，以降低其傾斜程度；同時，在測量時，應確保測量人員用腳將不平的地面踩實，增強三腳架的穩定性。③應將尺墊放置于堅固的土壤中，以便借助往返測量方式降低系統誤差。④應在測量過程中盡量減小視覺誤差，避免出現經常調節焦距的現象，并保證測量時前后視距相等。

2.4 加大對測量過程的檢核力度

為有效降低精密水準測量中的系統誤差，在工作過程中還應不斷加大對測量的檢核力度。在此方面，可從以下3方面著手做起：①應對測量現場進行檢核，確保測量儀器、平面控制網、高程控制網等布置的規范性；②應利用施工圖紙對測量現場進行檢核，查看其是否存在變動之處等，以及時制訂調整方案；③應遵循“測量工作與檢核同步進行”的原則，以及時發現測量錯誤并減小誤差。

3 總結

綜上所述，精密水準測量是一種較為有效的測量方法，能夠為國家高程系統的構建及地形測繪等工作提供良好的高程數據支持。因此，為了充分發揮出精密水準測量的作用，并有效控制和降低測量中的系統誤差，還應強化對其測量儀器質量的控制、減少外界條件的影響、加大測量檢核力度，并提高測量人員的專業技能，以降低人為造成的系統誤差，從而不斷提高精密水準的測量精度，為相關工作的開展提供有效的數據支持。

［1］黃太康.精密水準測量中系統誤差的控制［J］.資源信息與工程，2016，31（04）：128.

［2］李志平.精密水準測量中系統誤差對精度的影響及對策［J］.江西建材，2014（21）：219.