公路测量中水准测量的误差来源与控制

黄再志

摘 要：水准测量又称几何水准测量，是利用几何原理，借助水准仪和水准尺测量地面两点高度差的方式，是确定公路地面点高程的方法之一。水准测量操作步骤包括仪器的安置、粗略整平、瞄准水准尺、精确整平和读取数据等，操作过程比较繁琐，每一个环节出现失误都可能造成测量结果的误差。测量数据的误差主要受仪器和人为观测两个方面因素的影响，仪器的误差和人为造成的误差不容易被甄别，容易造成测量数据不准确，以致影响公路工程的质量和效率。本文对水准测量的工作原理进行简单阐述，分析水准测量的误差来源，提出有效的措施对水准测量误差进行控制，确保水准测量的精确性。

关键词：公路测量；水准测量；误差；控制

在公路工程实施过程中，必然要对路面进行水准测量，掌握路面的高程数据和情况。然而在水准测量实施过程中，包括仪器安置、粗略整平、瞄准水平仪、精准整平和读取数据等多个环节，每个环节出现失误和误差，均会致使测量结果不精确，造成测量数据的误差。进行水准测量并获取精准的测量数据是保障公路工程质量和效率的前提，对水准测量的误差来源进行分析和研究，并对影响误差来源的因素进行控制，提升水准测量的精确性，可以有效的保障公路工程的质量和效率。因此对影响水准测量误差的因素进行分析和相应的控制是非常有必要的。

一.水准测量工作原理概述

公路工程水准测量又称几何水准测量，根据几何原理，借助水准仪和水准尺，以水准仪所安置的路面为基本参照，测量路面任意两点的高度差。公路工程水准测量的环节有仪器的安置、仪器的粗略整平、瞄准水准尺、仪器精确整平、读取数据等。将三角架安置在路面的A点和B点之间，观察三角架的水平泡是否居于中央位置，若三角架的水平泡不居于中央位置，调整三角架的三个角，当三角架的水平泡居于中央位置时，三角架的平面就与路面水准面保持平行，此时通过三角架的观察仪，读出A点的数据M，读出B点的数据N，因此路面A点和B点之间的高度差为hAB=a-b=M-N。水准测量的工作原理图见图1。水准测量利用直线平行的几何原理，将三角架调整后使三角架平面与路面水准面保持平行，那么安装在三角架上的水平观察仪射出的直线也与路机水准面是平行关系，水平观察仪的射线与A点处水准尺和B点处水准尺的垂直交点，分别就是A点和B点的读数，因此经过计算后就获取了A点和B点的高度差。在水准测量的实施过程中，每个环节的操作均会对测量结果造成影响，从而影响水准测量数据的精确性，如仪器本身存在的误差和人为观测的误差[1]。

二.水准测量的误差来源分析

公路工程水准测量误差影响因素包括仪器、人为观测、外界环境三个方面。

（一）来自仪器本身的误差

公路工程水准测量所用的仪器包括水准仪、水准尺和尺垫。水准仪可以提供和射出一条水平射线，包括望远镜、水准器和基座，其中望远镜可以提供水平射线，通过水准器可以判断是否与路面水准面保持平行，基座又称三角架。第一，当水准器中的水泡居于中央时，可以认为望远镜射出的射线与路面水准面成平行状态，但是水准器的制造过程中可能存在一定的误差，致使水泡居于中央时望远镜发出的射线与路面水准面成不平行状态，水泡不居于中央位置时望远镜发出的射线与路面水准面成平行状态，因此水准器本身的误差，会对望远镜的射线与路面水准面的平行状态造成影响和偏差；第二，水准尺本身带来的误差会影响最终读数的精确性，从而对水准测量的结果产生影响[2]。

（二） 人为观测带来的误差

在公路工程水准测量的实施过程中，需要多个人进行通力合作，才能完成对路面高度差的测量和收集。在公路工程水准测量过程中，首先要对水准器的水泡进行判断，观测是否居于中央位置，其次要分别读出水准尺上的数据，最后对数据进行收集和整理，在水准测量的每个环节，人为观测均会存在一定的误差。第一，由于人为观测存在偏差，当判断水泡居于中央时，实际上望远镜射出的射线与路面水准面并不成平行状态；第二，由于水准测量过程中，分别有不同的人对A点和B点水准尺进行读数，不同的人读数方法不同，也会给测量数据带来一定的误差。

（三）外界自然环境带来的誤差

在公路工程水准测量过程中，外界环境是不稳定和不受控制的，对仪器和人为观测均能造成影响。第一，人为观测时光线不好，致使人对仪器状态的判断和数据读取产生偏差；第二，仪器受自然环境的影响可能产生热胀冷缩现象，致使仪器产生一定的测量误差；第三，外界自然环境的风、雨、雪等自然现象均有可能对水准测量产生一定的影响[3]。

三.水准测量误差控制

在公路工程的水准测量过程中，影响其测量精准性的因素来自于仪器本身、人为观测和外界因素等方面，对公路工程水准测量的误差控制就从仪器误差、人为误差、外界影响等方面进行着手，控制每个环节的误差，确保测量数据的准确性。

（一）仪器误差的控制

水准测量中仪器的误差会直接影响测量数据的精确性，对仪器的误差进行控制包括三个方面。第一，在公路工程水准测量实施之前，对要使用的全部仪器进行检查和校准，如可以将水准器安放在水平面上，以检测水准器的精准性；第二，采用科学合理的测量方法，避免仪器带来的误差，如不使用尺长误差的标尺；第三，提升仪器制造时的精度，并尽量避免人为观测带来的影响，如采取电子读数和水准器自动整平等措施。

（二）人为观测误差的控制

水准测量中人为观测的误差会直接影响测量数据的精确性，对人为观测产生的误差包括三个方面。第一，在水准器的水泡判断环节，采取多人合作判断的方式，以减少和避免少数人判断失误的现象，如一个人判断水泡居于中央位置后，另一个人再对水准器的状态进行判断，经过反复的判断，最终判断水准器的状态；第二，在对水准尺进行读取数据时，采用多人轮换读取数据并求其平均值的方式，以减少个人失误造成的偏差和影响；第三，采用科学合理的测量方法，如多个人共同读取数据后，应先将最高读数和最低读数去掉，然后求其平均值得出最终的数据。

（三）外界因素误差控制

自然环境的外界因素会对测量结果造成影响和偏差，但自然环境带来的误差和影响具有不稳定性并且不受控制。因此为了避免和控制来自外界环境的因素，应尽量选定睛朗、无风雨的天气，如避开光线强烈的中午和光线较弱的时段；尽量避开有风、雨、雪等恶劣环境的天气；尽量在水准测量的前天关注天气预报和天气的变化，避免不良天气对水准测量造成影响。

结语

公路工程水准测量是利用几何原理，借助水准器、水准尺和尺垫等仪器进行路面高度差测量的方法。水准测量的测量结果会对后期公路工程的施工造成一定的影响，控制水准测量的精确性可以提升公路工程的质量和效率。影响水准测量误差的因素有仪器因素、人为观测因素和外界环境因素，要对水准测量中的每个环节和影响误差因素进行控制，才能提高水准测量的精确性，进而为公路工程的建设和实施提供精准的数据，为公路工程的建设提供保障。

参考文献：

[1]潘昆鹏，贺海峰.浅析水准测量的误差来源及控制方法[J].科技视界，2013，（36）：419.

[2]陈承昀.公路水准测量的误差来源与控制探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（6）.

[3]杨太秀.水准测量的误差来源及控制方法探析[J].价值工程，2013，（23）：102-103.

[4]孙海.水准测量的误差来源及控制方法探析[J].黑龙江科技信息，2013，（35）：65-65.