野外水准测量误差产生的原因及消减方法

2011-08-15孙景荣

黑龙江水利科技 2011年6期

关键词：折光后视水准仪

孙景荣，李军

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江大庆 163000)

野外水准测量误差产生的原因及消减方法

孙景荣，李军

(黑龙江省引嫩工程管理处，黑龙江大庆 163000)

测量观测值都包含误差，水准测量也是一样。为了便于进行工程建设中的测量工作，尽量的减小和消除在实际工作中的误差，结合所学的水利工程测量知识，阐述了在实际的野外水准测量中误差产生的原因及消减方法。

野外;水准测量;观测误差;原因;消减方法

0 引言

水准仪是在17—18世纪发明制造了望远镜和水准器之后出现的。在20世纪初，科技工作者在内调焦望远镜和符合水准器的基础上制造出微倾水准仪。在50年代出现了自动安平水准仪。在60年代研制出激光水准仪，随着科技的不断进步，在90年代研制出了数字化水准仪(电子水准仪)。数字化水准仪是以自动安平水准仪为基础，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器(CCD)，并采用条码标尺和图像处理电子系统二构成的光机电测一体化的高科技产品。采用普通标尺时，又可象一般自动安平水准仪一样使用。具有读数客观、精度高、速度快、效率高等特点，但价格较高，在一般的工程项目三、四等水准测量中应用较少。

随着尼尔基水利枢纽工程配套项目即引嫩扩建骨干一期工程的陆续开工建设，对于一些例如渠底、堤顶、坝顶超平工作经常会用到水准仪，在实际的测量过程中也经常遇到一些比较棘手的技术误差问题，为了得到更精确的测量数据，在工作中也不断总结经验教训，减小误差，提高工程质量。因此，根据工程测量的精度要求，选取三等水准测量DS3型水准仪，分析误差来源，寻求减小误差的方法，对提高水准测量成果的精度具有积极意义。笔者通过参加测站考证水准测量的实践，结合理论知识，针对误差产生的原因以及消减误差的方法进行了探讨，谈一点体会，供大家参考。

1 误差产生机理

1.1 仪器误差

1.1.1 仪器校正误差

在工作开始前，仪器虽经校正，但还会存在一些残余误差，我们称为i角误差检校后的残余值，这主要是水准管轴不平行于视准轴所导致的误差。在实际的观测过程中，同一测站要注意使前、后视距相等，便可以消除或减弱这方面的影响。

1.1.2 对光误差

这一点和仪器的加工工艺和产品质量有关系。由于仪器制造加工不够完善，当转动对光螺旋调焦时，对光透镜产生非直线移动而改变视线位置，产生对光误差，即调查焦误差。这项误差，仪器安置于中距前、后视尺等距离处，后视完毕转向前视，不必重新对光，就可得到消除。

1.1.3 水准尺误差

随着水准尺使用年限的延长，水准尺就会弯曲变形，产生尺面刻划不准和尺底零点不准等误差。因此，在水准测量前应对水准尺进行检验。水准尺的零点误差，使仪器站数为偶数时即可消除。

1.2 观测误差

1.2.1 整平误差

整平误差一般也称为气泡居中误差，而且整平误差与水准管分划值及视线长度成正比。我们以DS3型水准仪(τ〞=20〞/2 mm)为例，进行等外水准测量时，若视线长D=100 m时，m平=0.72 mm。因此，在观测时必须认真校正气泡是否居中，并且视线不应过长，先后视然后转向前视，要注意重新转动微倾螺旋令气泡居中才能读数，但不能转动脚螺旋，否则将改变仪器高产生错差。

1.2.2 读数误差

读数误差是估读水准尺上的毫米产生的误差。它与十字丝的粗细、望远镜放大倍率和视线长度有关。在一般水准测量中，当视线长度为100 m时，估读误差约为±1.5 mm。人眼的分辨力，通常当视角＜1/10，就不能分辨水准尺上的两点;当望远镜放大倍率为30倍，视线长度为100 m时，照准误差约为±0.97 mm。若望远镜放大倍率较小或视线过长，尺子成像小，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，规定了仪器应具有的望远镜放大倍率及视线的最大长度。

1.2.3 水准尺竖立不直的误差

如果水准尺不垂直于地面时，其读数比水准尺竖直时的读数要大，而且视线越高，误差越大。因此测量时一定要将水准尺竖直，并且水准尺读数不能太大，一般应≤2.7 m。

1.3 外界条件的影响

1.3.1 仪器升降的误差

由于土壤的弹性及仪器的自重，可能引起仪器上升或下沉，从而产生误差。若后视完毕转向前视时，仪器下沉了Δ1，使前视读数b1小了Δ1，即测得的高差h1=a1-b1，大了Δ1。设在一测站上进行两次测量，第二次先前视再后视，若从前视转向后视过程中仪器下沉了Δ2则第二次测得的高差h2=a2-b2，小了 Δ2，如果仪器随时间均匀下沉，即 Δ1≈Δ2，取两次所测高差的平均值，这项误差就可以得到有效地削弱。因此，在国家三等水准测量中，应按后、前、前、后的顺序观测。

1.3.2 尺垫升降的误差

与仪器升沉情况相类似。如转站时尺垫下沉，使所测高差增大，如上升则使高差减小。故对一条水准路线采用往返观测取平均值，这项误差可以得到削弱。

1.3.3 地球曲率影响

地球是一个旋转的椭圆球体。在普通测量中，当测区面积不大时，可以把球面视为平面，即以水平面代替水准面。但是地球曲率对高程测量的影响是不能忽略的，当视距为100 m时，在高程方面的误差就接近1 mm，其影响是很大的。由于水准仪提供的是水平视线，因此后视读数和前视读数中都含有地球曲率误差，但只要将仪器安置于距前、后视尺等距离处，就可消除地球曲率的影响。

1.3.4 大气折光的影响

地面上空气存在密度梯度，光线通过不同密度的媒质时，将会发生折射，而且总是由疏媒质折向密媒质，因而水准仪的视线往往不是一条理想的水平线。一般情况下，大气层的空气密度上疏下密，视线通过大气层时成一条向下弯折的曲线，使尺上读数减小，它与水平线的差值即为折光差。在晴天，靠近地面的温度较高，致使下面的空气密度比上面稀，这时视线成为一条向上弯折的曲线，使尺上读数增大。视线离地面越近，折射也越大，因此一般规定视线必须高出地面一定高度，如高出地面0.3 m，就是为了减少这种影响。若在平坦地面，地面覆盖物基本相同，而且前后视距相等，这时前后视读数的折光差方向相同，大小基本相等，折光差的影响即可大部分得到抵消或削弱。当在山地连续上坡或下坡时，前后视视线离地面高度相差较大，折光差的影响将增大，而且带有一定的系统性，这时应尽量缩短视线长度，提高视线高度，以减小大气折光的影响。