浅谈水利工程中消除测量误差的方法

□张美红

在水利施工测量工作中，无论使用的测量工具多么精密，观测多么仔细，观测的结果总是不完全一致的，总会产生观测值与观测值之间、观测值与真值之间存在差异的现象，这种现象即被称为测量误差。

一、测量误差产生的原因及性质

(一)测量误差产生的原因。导致测量误差的原因主要有以下几个因素：一是仪器本身存在着制造误差。测量仪器是按照几何光学原理制成的，其组成材料在制造时不是十分精确，加之受仪器制作工艺的局限，出厂前仪器校正不十分完善，影响了测量成果的准确性。二是人为因素引起的误差。观测员感觉器官鉴别能力的限制或对测量仪器的操作程序掌握的不够熟练和准确，造成在仪器的安置、瞄准方向和读取数据等方面存在着一定的误差。三是外界自然条件造成的误差。受自然条件不断变化的影响，使得观测值不断变化，从而引起测量成果中含有误差。

(二)测量误差的性质。在测量成果中存在误差是不可避免的。测量误差按照它的性质可分为系统误差和偶然误差两类。系统误差是指：在相同的观测条件下，对某量进行一系列的观测，如果误差的符号和大小保持一个常数，或表现出一致的倾向，或按一定的规律变化，这种误差就称为系统误差。它主要是由于使用的观测仪器不够完善所引起的。系统误差具有一定的规律性，只要我们掌握了它的规律性，就能够将误差消除掉。消除系统误差的有效途径有以下三种方法：一是对使用的仪器进行严格的检验与校正，掌握仪器的正确使用方法，并遵守一定的操作规程。二是采用适当的观测方法、观测程序和采取一定的措施来消除系统误差的影响。例如在测量竖直角时，采用望远镜盘左和盘右两个位置观测同一目标的竖直角，并取平均值，就可以消除竖直度盘指标差的影响，得到正确的竖直角。三是采用适当的计算公式进行改正，例如用钢尺丈量距离时，进行尺长改正、温度改正和倾斜改正。

偶然误差是指：在相同的观测条件下，对某量进行一系列的观测，如果误差的大小和符号都没有规律性，这种误差就称为偶然误差。偶然误差产生的根源，除了由于仪器、工具的性能和人的感觉器官的限制等因素外，还有当时观测的外界条件的影响等因素。偶然误差从表面上看似乎没有什么规律，但观测实践证明，随着观测次数的增加，偶然误差也服从一定的统计规律。偶然误差有如下特证：在一定条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的界限，绝对值较小的误差比绝对值较大的误差出现的机会多，绝对值相等的正负误差出现的机会相同；随着观测次数的无限增加，偶然误差的算术平均值趋向于零。

根据偶然误差的特征，我们在实际工作中总是把多次观测值的算术平均值作为最后的结果，以达到抵消偶然误差的目的。

二、衡量测量成果精度的标准

中误差：取各观测值真误差的平方的平均数，再开方作为中误差。它是衡量一组观测值精度的标准，也是确定允许误差的理论基础，在测量规范中常将中误差作为衡量施工测量主要精度的指标。允许误差：在实际测量中通常规定某一范围的中误差作为偶然误差的限差(即允许误差)。在测量规范中，常常将两倍的中误差作为衡量偶然误差的标准。相对误差：中误差的绝对值与观测值的比值即为相对误差。当误差的大小与观测值本身的大小有关时，则采用相对误差来衡量观测值的精度是比较准确的。

三、测量工作中消除误差的方法

(一)测量人员应当对自己所用的测量仪器和工具进行精心的爱护，定期进行检验、校正和保养，保持仪器的良好状态，严格遵守操作规程。

(二)在工程正式开工前，应当仔细地审阅图纸，了解设计内容，领会设计意图，深入现场实地勘察，制订出本工程的测量方案，在施测前进行内业计算，把有关的放样数据标注在定位图上，建立与本工程相对应的相应等级的施工控制网。

(三)进行水准测量时消除误差的方法。一是读数时，要注意镜子里的成像是正像还是倒像，对于倒像的，应注意数字“9”和“6”的区别，还应注意数字上面表示整米数的圆点的个数，注意用十字丝的中丝读取数字，不要把上、中、下三个丝看错了。二是应注意立尺员所立的水准点是否是所要立的点，塔尺的接头位置的尺寸是否正确，塔尺必须立直立正，不应前后倾斜。精密的水准测量应采用带水准器的塔尺。三是应注意保持前后视距相等，消除视准轴与仪器竖轴不垂直引起的误差。视线要离地面高1米以上，以减少大气垂直折光的影响；应选在成像稳定的时间进行读数，以减少读数误差。四是在某一测段中的水准路线上，测站数宜安排成偶数，以消除标尺的零点差。五是严格按照相应等级的水准测量规范中规定的限差进行测量，并对其测量结果进行平差计算。

(四)进行角度测量时消除误差的方法。一是精确地对中和整平仪器，瞄准目标时，十字丝中丝的中心要准确地对准目标点，消除瞄准目标偏差。读数要细心，尽量减少读数误差。二是使用盘左和盘右各观测一次取其平均值，消除仪器视准轴误差和横轴倾斜误差。三是采用测回法测角时，每一个测回要设置不同的起始读数，以消除度盘刻划不均匀的误差，操作顺序要正确。四是在短边上测角时，由于对中误差引起的角度误差将变大，因此这时必须精确的对中。五是利用经纬仪正倒镜法定线时，直线延长的长度不应大于后视边的长度，这样能够减少对中误差和照准误差对边长的影响。六是物镜、目镜要仔细对光，以消除视差，观测过程中要随时检查水准管气泡是否居中。

(五)用钢尺丈量距离时消除误差的方法。一是丈量时，前、后尺手要互相配合，同时拉紧钢尺，尺身要平，拉力要均匀，将尺的刻度对准点位，同时进行读数。二是读数要准确，要注意尺的刻画方向，不要只注意毫米、厘米而忽视分米和米，以免造成读数误差。三是要对丈量后的结果进行尺长改正、温度改正和倾斜改正，化算成为水平距离，注意各项改正的正负号不要搞错。