水准测量误差分析与控制

1、摘要：水准测量的实际工作出发，分析了水准测量中误差产生的原因及控制方法，在提高工作实效方面具有指导意义。关键词：水准测量；仪器误差；检验校正；观测误差；外界条件水准测量的路线包括闭合水准路线, 附合水准路线和支水准路线三种路线。对一条水准路线来说，在测量的过程中，由于水准仪本身的仪器误差、人为的观测误差以及外界条件的影响，有一些误差在一个测站上反映不出来，但随着测站数的增加，使误差积累，致使最后成果达不到精度要求。下面就水准测量误差产生的原因及解决办法作如下分析。仪器误差是由于仪器使用时间过长或受到震动后，使各轴线之间的关系发生变化，若不及时检验校正，将会影响测量成果的质量。所以，水准测量作业

2、前，应对水准仪进行检验，如不满足要求，应及时对仪器加以校正。水准仪主要轴线有视准轴、水准管轴、仪器竖轴和圆水准器轴，以及十字丝横丝。根据水准测量原理，水准仪必须提供一条水平视线，才能正确的测出两点间的高差。为此，水准仪各轴线间应满足圆水准器轴平行仪器竖轴，十字丝的横丝垂直仪器竖轴和水准管轴平行视准轴。对于圆水准器轴平行仪器竖轴的检验校正，在安置仪器后，用脚螺旋调节圆水准器气泡居中，然后将望远镜绕竖轴旋转180°，如气泡仍居中，表示此项条件满足要求（圆水准器轴与竖轴平行）；若气泡不居中，则应进行校正。校正时，用脚螺旋使气泡向零点方向移动偏离长度的一半，这时竖轴处于铅垂位置，然后再用校正

3、针调整圆水准器下面的三个校正螺钉，使气泡居中。这时，圆水准器轴便平行于仪器竖轴。对于十字丝横丝垂直仪器竖轴的检验与校正，在安置水准仪并整平后，先用十字丝横丝的一端对准一个目标点，然后拧紧制动螺旋，缓缓转动微动螺旋。目标点始终在横丝上移动，若目标点移动的轨迹离开了横丝，则需要校正。校正方法因十字丝分划板座安置的形式不同而异。其中一种十字丝分划板的安置是将其固定在目镜筒内，目镜筒插人物镜筒后，再由三个固定螺钉与物镜筒连接。校正时，用螺丝刀放松三个固定螺钉，然后转动目镜筒，使横丝水平，最后将三个固定螺钉拧紧。对于水准管轴平行视准轴的检验与校正，可在高差不大的地面上选择相距80m 左右的A 、B 两点

4、，打入木桩或安放尺垫。将水准仪安置在A 、B 两点的中点处，用变仪器高法(或双面尺法 测出A 、B 两点高差，两次高差之差小于3mm 时，取其平均值h 作为最后结果。然后将仪器搬至距A 点23m 处（处），精平后，分别读取A 尺和B 尺的中丝读数a 和b 。因仪器距A 很近，水准管轴不平行视准轴引起的读数误差可忽略不计，则可计算出仪器在处时，B 点尺上水平视线的正确读数为b=a+h ，实际测出的b 如果与计算得到的b 值相等，则表明水准管轴平行视准轴；否则应对水准仪进行校正。校正时将仪器仍安置在处，调节微倾螺旋，使中丝在B 尺上的中丝读数移到b 值，这时视准轴处于水平位置，但水准管气泡不居中(

5、符合气泡不吻合 。用校正针拨动水准管一端的上、下两个校正螺钉，先松一个，再紧另一个，将水准管一端升高或降低，使符合气泡吻合。观测误差主要是仪器操作不规范造成的。气泡没有严格居中引起的整平误差，采用符合水准器时，气泡居中精度可提高一倍。微倾式水准仪在每次读数都要精平，在一站测设过程中，不可动脚螺旋再整平。前、后视距相差过大时，虽然经过水准仪的水准管轴与视准轴不平行校正，但仍然残存少量误差，因而使读数产生误差。这项误差与仪器至立尺点的距离成正比。只要在测量中，使前、后视距离相等，在高差计算中就可消除或减少该项误差的影响。如果水准尺刻划不准确或尺长变化、弯曲等影响，都会影响水准测量的精度。因此，水准

6、尺须经过检验才能使用。至于水准尺的零点误差在成对使用水准尺时，可采取设置偶数测站的方法来消除，也可在前、后视中使用同一根水准尺来消除。在读数时，毫米读数需要估读，它与十字丝的粗细，望远镜放大倍数和视线长度有关，若望远镜放大倍数较小或视线较长，尺子成像小，并显得不够清晰，照准误差和估读误差都将增大。故对各等级的水准测量，规定了仪器应该具有的放大镜倍率及视线的极限长度。 为保证估读数精度，估读毫米数要精确，视距线不能太长（三、四等水准测量视距分别小于等于 75、 100米）。当存在视差时， 由于水准尺影像与十字丝分划板平面不重合， 若眼睛观察的位置不同， 便读出不同的读数， 因而会产生读数误差。操

7、作中应仔转动目镜螺旋，使十字丝清晰，并不随视线晃动，避免出现视差。另外，水准尺倾斜将使尺上读数增大，其误差大小与尺倾斜的角度和在尺上的读数大小有关。因此，测量过程中，要认真扶尺，尽可能保持尺上水准气泡居中，将尺立直。外界条件影响在测量过程中不能忽视，仪器安置在土质松软的地方，可能引起仪器上升或下沉，使视线降低，从而产生误差。故应选择坚实的地面作测站，并将脚架踏实，并提高观测速度, 消弱其影响。仪器搬站时，如果在转点处尺垫下沉，会使下一站后视读数增大，这将引起高差误差。所以转点也应选在坚实地面并将尺垫踏实，采用往返观测取平均值的方法来减小尺垫下沉的影响。由于地球曲率的缘故, 在同一水准面上的两个

8、点其高差并不为零，如果将仪器置于前后视尺中间大致等距离处, 利用等距等影响的原则, 使测站高差计算中自动消除曲率对前后视读数的影响。对于大气折光影响, 亦可用前、后视距相等的方法来加以消弱。但是, 在地面坡度较大, 前视或后视一端视线接近地面时, 视线将发生向上弯曲, 使尺上读数增大, 而且随着地面覆盖物的性质不同而变化。因此不能采用前、后视距相等方法来消弱, 只能缩短视线的长度, 增加视线的高度（一般规定视线高度不要低于0.3 m）, 选择良好的观测时间（一般认为在日出后或日落前两个小时为好）等方法来减小大气折光的影响。夏天中午一般不做水准测量。在沙地，水泥地等湍流强的地区，一般只在上午10点之前作水准测量。高精度的水准测量也只在上午10点之前进行。此外，温度的变化不仅会引起大气折光变化，造成水准尺影像在望远镜内十字丝面内上、下跳动，难以读数。当烈日直晒仪器时引起仪器的部件涨缩，从而可能引起视准轴的构件（物镜，十字丝和调焦镜）相对位置的变化，或者引起视准轴相对与水准管轴位置的变化。由于光学测量仪器是精密仪器，不大的位移量造成测量误差。因此水准测量时，应撑伞保护仪器，避免阳光直接照射。发现观测误差及时消除或减弱其影响是一个综合性问题，水准测量成果的精确与否, 直接影响