張龍

摘要：水準測量是獲得各類工程地面點高程的常用測量手段之一，也是高程測量精度較高的一種測量方法。在具體測量過程中，往往容易受到觀測者有限的感官鑒別能力、外界條件以及儀器本身構(gòu)造等多方面因素的影響而產(chǎn)生測量誤差，容易導(dǎo)致隱蔽性錯誤的出現(xiàn)，如果未能及時發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)資料有誤，則極易導(dǎo)致水準點高程誤差，從而影響了工程或施工后續(xù)工作的順利開展。因此在水準測量誤差的控制顯得尤為重要。本文將結(jié)合筆者多年的實踐經(jīng)驗，對水準測量的原理與實施方法進行分析，并對水準測量中常見的誤差來源與其控制方法進行探討，希望能為同行提供一些參考意見。

關(guān)鍵詞：水準測量；誤差來源；控制

一、水準測量的原理及實施方法

水準點（BM）指的是由國家測繪部門按照相關(guān)規(guī)定埋設(shè)與測定的已知高程的固定點。水準測量往往是由水準點引測出其它點的高程。其原理是通過水準儀提供的水平視野讀取出豎立在兩點上水準尺的讀數(shù)，并將兩點間的高差測定出來，再由已知點的高程將未知點高程推算出來。

水準測量常用的工具主要有尺墊與水準尺，常用的儀器主要是水準儀。水準儀的操作流程是安置儀器、大致整平、瞄準水準尺、精準整平、消除視差、讀數(shù)。公路的勘察設(shè)計或工程測量往往采用DS3型微傾式自動安平水準儀，此儀器往返觀測的高差精度可達3mm/km。水準路線指的是施測路線，在勘察或測量的過程中容易受到其他因素的影響而產(chǎn)生誤差，所以，應(yīng)當(dāng)將各點組織成一條適合的水準路線，以方便對各點高程進行觀測與計算。

二、水準測量誤差來源與控制方法分析

1.水準儀誤差

1.1制造誤差

制造誤差指的是在制造水準儀的過程中就已經(jīng)存在的缺陷，從而導(dǎo)致水準儀的測量值出現(xiàn)偏差，該種誤差是沒有辦法避免與消除的。

1.2 i角誤差

i角指的是水準儀的水準管軸與望遠鏡的視準軸不平行，在豎直面上投影的交角，其產(chǎn)生的值即為i角誤差。如果水準儀的水準管軸與望遠鏡的視準軸相平行，則不存在i角誤差。雖然在測量前都會進行儀器校正，但是殘余誤差依舊無法避免，所以會導(dǎo)致水準管氣泡居中，水準管軸于水平位置，但望遠鏡水準軸卻發(fā)生傾斜，從而產(chǎn)生i角誤差。i角誤差和視距程度成正比。在觀測或測量時可采用距離補償法（前視距離和與后視距離和相等）或中間法（前視距離與后視距離相等）來進行誤差消除。然而，距離補償法操作較為繁瑣，并且不容易掌握；而中間法是由立尺人采用普通皮尺來測量距離，然后立尺。該方法的關(guān)鍵是立尺人，操作起來較為簡單方便。

2.水準尺誤差

水準尺的誤差包括了刻劃誤差（水準尺度劃分不均）、尺長誤差（水準尺長度不準）、零點誤差（水準尺的零點位置刻劃不準）以及尺身誤差（水準尺尺身彎曲），以上誤差都會直接造成了高差與讀數(shù)的誤差。水準測量精密度要求較高的，應(yīng)盡量選用刻化誤差較小或尺長誤差較小的標尺，并對讀數(shù)進行尺長誤差更正。而水準尺的零點誤差多是由于長期使用水準尺，導(dǎo)致水準尺底端受到不同程度的磨損而產(chǎn)生的，或是由于尺底粘上泥土而導(dǎo)致水準尺的零點位置發(fā)生改變。其控制方法可將兩根水準尺放在同一水準測段內(nèi)，并在測段內(nèi)進行前后視尺輪換交替使用（本測站用作前視尺，下一測站則用為后視尺），在此過程中將測段站數(shù)設(shè)置成為偶數(shù)，讓其在高差中互相抵消，同時可降低尺長誤差與刻劃誤差的影響。

3.觀測誤差

3.1 水準尺的傾斜誤差

水準尺傾斜會導(dǎo)致傾斜誤差的發(fā)生。如若水準尺的傾斜方向是左右傾斜，與視線方向不一致的，則較容易通過望遠鏡的十字絲發(fā)現(xiàn)，并能做到及時糾正。如若其傾斜方向與視線方向一致，則很難察覺出來。通常情況下，水準尺的傾斜往往都會導(dǎo)致尺上讀數(shù)增大，并且其傾斜的角度以及尺上讀數(shù)的大小與讀數(shù)誤差成正比關(guān)系，水準尺傾斜角度越大，則讀數(shù)誤差越大；尺上讀書越大，則讀數(shù)誤差也就越大。讀數(shù)誤差為Δa=a（1-cosγ），一般情況下，立鏡高度a為1.7m，當(dāng)水準尺傾斜度γ=3°時，Δa=2.33mm，由此可見，立尺對水準測量有著較大的影響，在實際工作當(dāng)中需要做好立尺工作，確保立尺處于鉛垂位置。如若地面坡度較大，尤其是在轉(zhuǎn)點位置，則應(yīng)注意扶直尺子，并限制最大讀數(shù)，以降低由于水準尺傾斜而產(chǎn)生的誤差影響；如果尺子沒有水準器，可以使用搖尺法，在讀數(shù)事將尺底放在墊上，在視線方向前后慢慢搖動尺子的上部，待視線水平，讀取其最小讀數(shù)。

3.2 符合水準管氣泡居中的誤差

由于受到觀測值有限的眼睛分辨能力或水準管內(nèi)壁的粘滯作用，使得水準氣泡不能嚴格居中的會導(dǎo)致望遠鏡視準軸的傾斜，從而導(dǎo)致讀數(shù)誤差。由于水準管氣泡未能居中而產(chǎn)生的讀數(shù)誤差與水準管的靈敏度相關(guān)，并對視線的長度成正比關(guān)系，因此，只要在測量時仔細確認水準管氣泡是夠嚴格居中，并限制視線的長度，便可消除此誤差。

3.3 視差的影響

當(dāng)存在視差時，十字絲平面與尺像不完全重合，在觀測讀數(shù)時，讀數(shù)會隨著眼睛所在位置變化而變化，從而造成讀數(shù)誤差。因此，在每次讀書前，都應(yīng)認真進行物鏡對光，以觀測者上下移動自己眼睛，讀數(shù)不變?yōu)橐?，以避免視差超出的測量誤差。

4.外界條件的影響而產(chǎn)生的測量誤差

4.1 大氣溫度與風(fēng)力的影響

一方面，大氣溫度的變化會對大氣折光產(chǎn)生一定的影響，同時氣溫也會引起水準管氣泡居中的不穩(wěn)定。特點是強陽光會讓水準管氣泡縮短，溫度的急劇變化會讓儀器各個部件產(chǎn)生變形，從而引起測量誤差。除此之外，大風(fēng)會影響水準尺的豎直度，讓水準尺難以保持平穩(wěn)，從而導(dǎo)致水準儀無法準確的水平放置。所以，在進行水準測量時，應(yīng)盡可能的選擇風(fēng)力緩和或無風(fēng)的天氣進行。此外，為了避免強烈太陽光的照射，應(yīng)隨時注意撐傘，以消除誤差。

4.2 地球曲率與大氣折光的影響

大氣折光與地球曲率的綜合影響f，可用公式表示為f=（1-K）D2/2R。公式中K表示大氣折光系數(shù)，D表示視線長，R表示地球半徑。通常情況下K取0.14，如果D為100m時，則可推算出f=0.7mm。由此可知，即便距離較短，也應(yīng)要將大氣折光與地球曲率對讀數(shù)的影響考慮在內(nèi)。對于上述影響可采用“中間法”來進行削弱或消除。由公式可知，f與D2成正比，因此，可以通過限制視線的長度來削弱此種誤差。此外，由于視線通過不同密度的介質(zhì)而發(fā)生折射，越靠近地面，空氣密度也就越大。因此，視線離地面越近，其發(fā)生的折射也就會越大，所以，還應(yīng)適當(dāng)?shù)目刂埔暰€的高度，以保持視線距離地面>0.3m。如若水準測量精度要求較高時，還要選擇適合的觀測時間，一般是日出后2h，或日落前2h測量為宜，此時大氣相對比較穩(wěn)定。也可按照不同地區(qū)、氣象以及季節(jié)情況來進行適當(dāng)?shù)淖兺āＶ档米⒁獾氖?，水準測量應(yīng)盡可能的避免中午前后時間段進行觀測，此時尺像會發(fā)生跳動，引起讀數(shù)誤差。

參考文獻：

[1]張振林，白懷明，張玲霞.水準測量精度影響因素及改進措施[J].山東水利，2011（05）.

[2]寧少予，王宜軍，葛文慧.淺議產(chǎn)生測量誤差的原因及其消減方法[J].水利科技與經(jīng)濟. 2003（02）

[3]張莉.高程測量的誤差分析與控制方法[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟. 2012（02）

[4]崔宇亮.淺析水準測量的誤差及注意事項[J].科技信息（學(xué)術(shù)研究）. 2007（36）

[5]孫景榮，李軍.野外水準測量誤差產(chǎn)生的原因及消減方法[J].黑龍江水利科技.2011（06）