水準尺傾斜對水準測量精度的影響分析

閆萬曉 公續升 馬佰順

摘 要：水準測量因其操作簡便、精度較高等優點，被廣泛應用于工程建設、樓體監測、地表形變沉降等諸多方面，利用水準儀觀測斷層兩側高程變化是地震形變監測的重要手段之一，但水準測量過程中，其數據精度質量與水準尺的豎直程度密切相關。本文以水準尺常用地圓水準器檢測為例，探究水準尺的傾斜對水準高程測量結果的影響，并提出減少誤差影響的相關建議，提高觀測精度，獲得準確的形變信息。

關鍵詞：水準尺傾斜；圓水準器；測量精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.097

伴隨現代測繪技術的不斷發展，對于高程測量的采集產生許多新型測繪方法，比如無人機航測、激光雷達觀測、GPS高程測量等，此類技術雖然具備各自優勢，但是在高程測量中還是無法全部替代傳統水準儀測量，特別針對地形變水準測量，水準觀測具有簡便、直觀、高效的優勢，因此以圓水準器來檢驗水準尺豎直程度對高程測量的精度影響，具有一定的現實實踐意義，以此獲得準確可靠的地殼形變信息，更好的運用于地震分析預報。

1 檢驗圓水準器的方法

選擇距離在50米的地方，分別確定兩個點，這兩個點上架設水準儀，水準儀完成架設以后是對水準尺的安裝，并且在安裝過程中要保證水準尺中線或者是邊緣要和目鏡中的豎絲完全重合，若安裝完成以后，出現水準氣泡向著OA方向偏離。采用解決方法是改正針調整圓水準氣泡，調整到完全居中為宜；若安裝完成以后，水準氣泡僅單一方向偏離，此時AO方向偏離無需調節，但若水準尺旋轉90度，旋轉以后要求水準尺側面朝向水準儀，如出現水準尺氣泡偏離情況，則需繼續調節。如此重復使用上面的方法進行調整，直到水平尺的氣泡是居中的狀態才能停止調整。當然可使用別的方法代替，比如可使用全站儀來替代水準儀的調整，同時使用全站儀驗證，還可把兩個點的距離縮短，驗證的過程中可先把全站儀平直放，撥動全站儀的水平制動螺旋，對其水平度盤的固定，固定以后只能使照著部豎直和在平面內轉動，此時需使用目鏡中的豎絲，把豎絲作為標準來指示水平尺的豎直情況。若在目鏡中不能全部顯示水準尺時，需使用上下旋動來調整，直到全部顯示為調整結束。

2 水準尺傾斜帶來的影響

2.1 水準尺傾斜方向對測量精度的影響

水準尺在發生傾斜中有兩種情況，一種是平行于刻度面的橫向傾斜；另一個是垂直于刻度面的縱向傾斜。在平行于刻度面的橫向斜中，水準儀照的位置是水準尺的A點上，這個時候的讀數是OA的距離，代表的是視線的高。但是在實際的距離中視線高應該是OB的距離，這個時候產生的差，形成的原因是水準尺的傾斜造成。把造成這種誤差記錄為Δ。垂直于刻度面的縱向傾斜中，水準儀的讀數為OA，但是這個視線高也不是正確的，實際的視線高應該是OB之間距離。當水準尺長度固定時，由于水準尺的傾斜造成的測量視線產生的誤差，僅與水平尺偏離豎直方向的讀數和距離有關系，得出的結論是和水準尺的傾斜方向沒有關系，即在傾斜的角度和讀數一定時，水準尺無論朝向如何，其因傾斜造成的測量視線高差都是相等的。

2.2 水準尺傾斜對單個測量站測量視線高的影響

根據國家的《國家一、二等水準測量規范》中，要求二等水準測量中，測量的視線高不低于0.3m，且小于2.8m，因此按照普通尺長為2m和3m，偏離距離是1cm、2cm和4cm，根據這些數據來計算，就可根據上面的關系式得出Δ的數值。在《國家一、二等水準測量規范》中規定，二等水準測量單位測量單個測量站中基輔劃分度數的誤差不能超過0.4mm。因此根據這個規定，由于水準尺傾斜造成的視線高誤差不能超過0.4mm。只有在嚴格的控制住水準尺的傾斜程度，使其偏離的值盡量縮小，最好是小于2cm，控制讀數的最大值，就可有效減少這樣的誤差。

3 引起水準測量高程誤差的因素分析

在水準觀測中，除水準尺傾斜對測量精度造成的影響外，其它一些因素如：測量時光線、大氣溫度等也會對測量結果造成一定影響。

（1）儀器下沉因素影響。當開展水準測量的基礎為土質松軟時，水準測量儀器會緩慢造成下沉，觀察的時候視線相對降低，此類情況下會造成高差不準確的誤差，為檢核該類誤差，高等級水準觀測中通常采用的解決方法是對觀測的順序進行調整，可采用后、前、前、后的順序觀測，以有效降低、減弱和檢核水準儀下沉影響，同時在測量的過程中，盡量把儀器放置在地面堅實的地方，并夯實三腳架。

（2）大氣溫度影響因素。溫度的變化中不僅會對大氣造成影響，使折光方式改變。而且在強烈的陽光照射下，水準管中的汽包也會隨之溫度偏高的方向偏移，使儀器的數字發生不準情況，從而產生水泡居中的誤差。解決的方式為在使用儀器測量時，需使用遮陽傘擋住陽光，使光線不能直接對儀器照射。

（3）系統誤差因素。系統誤差是指水準儀，在經過檢驗后所存在的固有誤差，主要表現的形式有為水準儀視準軸與水準管軸的不平衡，即產生i角影響。盡管儀器使用前，對上述i角進行計算調整，但水準儀內部仍存在少量的固定系統誤差，其i角誤差的影響主要是和距離是成正比，觀測的時候若保證前后視距是大致相等，即可有效減少此類誤差的影響，因此使用水準測量時要保證前后視距，即降低大氣與地球曲率影響，亦可降低i角因素引起的誤差影響。

4 結語

綜上所述，在水準儀測量中水準尺的傾斜帶來的影響主要包含兩方面，即為水準尺傾斜方向對測量精度的影響、水準尺傾斜對單個測量站測量視線高的影響。同時對影響水準測量精度原因分析中，針對儀器下沉、溫度影響，儀器自身系統誤差等因素提出了解決辦法。根據水準測量的原理，有效規避上述誤差影響因子，降低對水準觀測高程的影響權重，有助于提升地形變沉降測量的數據質量，提高數據資料質量。

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作者簡介：閆萬曉（1984-），男，山東臨沂人，本科，助理工程師，從事水準測量、數據應用分析等相關的研究與管理工作。