降低水准观测误差途径的研究

张新华++陈菁++陶钟博++王之睿++祁佳栋++李莹

摘 要：要减小水准测量误差，控制沉降检测闭合差在较小的范围，是保证测量数据的准确性保证，准确反映建筑物的高程变化的水准测量技术，使水准路线的高差闭合差超限，达不到相应的精度要求；测量工作受到仪器设备精度、观测者操作水平和环境条件等三方面因素的影响而产生误差，且有些误差在几个测站上反映不出来，在实际工程运用中往往测站数较多，累计误差使高差闭合差超限。文中分析主要误差产生的原因，提出消除或减小误差的相应技术措施。

关键词：水准测量 误差分析 预防措施

中图分类号：P244.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0029-01

在建筑工程中，工程测量决定了一个工程施工期间乃至竣工后若干年的质量，作为业主特别关注建筑物交付后的变形。能真实地反映建筑物的变形情况，减小水准测量误差，控制沉降检测闭合差在较小的范围，是保证测量数据的准确性保证，准确反映建筑物的高程变化的水准测量技术，通过外业实测高差来计算观测点的高程。在测量中仪器误差、观测误差和外界条件均会对测量结果产生影响，使水准路线的高差闭合差超限，达不到相应的精度要求。该文就减小水准测量误差措施，提高观测精度的方式进行分析。

1 仪器原因的误差

仪器误差主要包含仪器校正后的残余误差和水准尺误差。测量都需要仪器操作进行，尽管测量仪器的改进更新速度较快，但任何仪器只能具备一定的精确度而影响测量结果。例如：水准仪残余误差（i角），它是指水准仪的水准管轴与望远镜视准轴不平行产生的误差，水准测量前仪器必须经过校核才能使用，校核结果不可能零误差，允许范围的残余误差存在很正常。在测量中保证前后视距相等（i后=i前），即观测中通过中间法（前、后视距相等）和距离补偿法（前后视距离总和相等），便可消除或减弱此项误差的影响。另外，还可以采取精密水准仪和精密水准尺，精密水准仪的望远镜放大倍率和水准管灵敏度高，读数精度提高；减小水准管分划值，提高仪器的置平精度。甚至采用电子水准仪和条码水准尺的方法，实现测量速度快、精度高、易于实现水准测量内外业工作一体化等优势来提高精度。

2 仪器操作者观测误差

2.1 操作误差的影响

由于仪器操作人员视觉分辨率局限，加上操作仪器时的各种人为动作手势对操作过程的对中、置平、瞄准、读数等都会产生误差。例如：在普通的厘米分划的水准尺上，由观察者估读毫米数，这种偏差非常正常；观测者的技术熟练程度也影响观测结果。普通DS型水准仪符合水准管气泡居中误差，测量时视线的水平是以水准管气泡居中为依据，由于符合水准管气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜而读数误差，误差的大小与人眼的分辨能力和水准管的灵敏度有关，并且与视线长度成正比。控制这种误差，观测时应根据水准测量的精度等级对视线长度加以限制，且每次读数前用微倾螺旋使两半气泡影像严密吻合成一光滑的圆弧，才能保证读数及高差的正确性。

2.2 读数误差的影响

普通水准尺估读到毫米的误差，与人眼的分辨能力、望远望的放大倍数及视线长度有关，随时出现的视差影响读数更大。当眼睛在目镜端上、下微动时，若发现目标影像与十字丝有相对运动，即随着眼睛观察位置的不同，便读出不同的读数，说明有视差存在。在水准测量中，视差的存在会给观测结果带来较大的误差，故读数前必须反复调节目镜与物镜对光螺旋，使标尺的分划影像与十字丝平面重合，以消除视差的影响，提高读数精度。

2.3 立尺配合、尺面垂直

采用不同的凭靠手段保证水准尺垂直固定。当观测点在墙上时，尺的一边依靠墙面固定；当设置转点时，立尺时用2根1 m左右的竹竿呈三角固定支撑保持水准尺稳固垂直。同时观测者也可通过望远镜检查水准尺左右倾斜，及时发出纠偏信号。当水准尺前后倾斜，望远镜中不易发现，可以采用让水准尺前后慢速摇动直到读数最小才是最佳值。

3 外界环境的影响

外界环境中的空气温度、日光照射、大气折光、气压、风力、烟雾等等变化都对测量工作带来误差影响。

3.1 仪器或尺垫下沉或上升引起的误差

仪器在松软土质区域安置，仪器可能会慢慢下沉而视线下降，致使前视读数减小；反之土壤被压实后，土壤膨胀又会使仪器上升而使前视读数增大。为避免此项误差的影响，测站选择在坚实的地面，并将脚架踩实，提高观测速度；当用双面尺法或二次仪高法测高差时，采用“后前前后”的观测顺序，取两次高差的平均值作为最后结果，可减弱该项误差的影响，尺垫的升降也是如此。

3.2 地球曲率引起的误差

地面上两点间的高差应是两点的高程之差，理论上水准测量应根据弯曲的水准面来求两点间的高差。控制地球曲率和大气折光的影响措施：由于接近地面的大气折光变化复杂，靠近地面的温度较高，空气密度较稀，因此视线离地面愈近，折射就愈大，而且即使保持前视、后视距离相等，大气折光的误差也不能完全消除，所以视线最低要高出地面0.3 m以上，才能减弱折光变化的影响。在水准测量中，如风吹、日晒、温度的变化、水分的蒸发等均会影响到水准测量的精度，如温度变化会造成水准尺影像在望远镜十字丝面内的上、下跳动，难以读数。

4 结论

在水准测量中的精度，直接影响到建筑工程的质量控制。发现误差并及时消除或减弱其影响是提高工程质量的关键，而减弱和消除误差的方法总是以增加观测时间或采取更多的操作步骤为代价的。只有在测量中操作熟练，才能提高观测速度；只有采取规范的方法，严格执行正确步骤，观测员与立尺员互相配合，才能得到正确的结果。

参考文献

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