二等水准测量误差分析与控制

钟元华

(朔州职业技术学院，山西 朔州 036002)

二等水准测量误差分析与控制

钟元华

(朔州职业技术学院，山西 朔州 036002)

测绘技术的飞速发展，使数字水准仪在工程测量中的应用非常广泛，极大地提高了测量精度和工作效率。本文分析了数字水准仪在二等闭合水准路线测量中的应用，提出了减小测量误差的方法和措施。

科力达DL2007数字水准仪； 二等闭合水准测量；误差分析与控制

1 国家水准测量的等级

我国已经在全国范围内通过水准测量的方法建立了统一的高程控制网。国家水准测量按照精度不同常分为一、二、三、四等四个等级。一、二等水准测量统称为精密水准测量，所用的水准仪器为S05、S1型或数字水准仪。国家三、四等水准测量可以直接提供地形测图和各种工程建设所必须的高程控制点。一、二、三、四等水准测量的精度逐级降低。

2 二等闭合水准路线测量应用实例分析

闭合水准路线是水准路线的一种布设形式。它是指从已知水准点BMA出发，沿一条环形路线经过待定高程的D、E、F等点，最后又回到原已知点A的水准路线。在参加山西省第八届职业院校测绘测量技能大赛训练过程中，我带领学生们在校园里布设了闭合水准路线，用科力达数字水准仪多次进行了二等水准测量练习，提高了学生的动手操作能力。

2.1 闭合水准路线的选择

根据《工程测量规范》GB 50026—2007和《国家一、二等水准测量规范》GB/T12897—2006的要求，通过实地踏勘，在校园里选择了一条沿地基稳定、坡度较小、行人车辆较少的公路而布设的闭合水准路线，确定了3个待求水准点D、E、F和1个假设高程已知的点BMA。并在水准点上设立了水准标志。水准路线长度约1 km。

2.2 二等水准路线测量所用仪器设备

2.2.1 二等水准测量需要配备仪器设备

根据技能大赛竞赛的要求，二等水准测量需要配备仪器设备：

1) 南方或科力达DL2007数字水准仪：含木脚架1副、2 m数码标尺1对、2个撑杆及2个尺垫(3 kg)[1]。

2) 50 m测绳(根据参赛队的要求配发)[1]。

2.2.2 数字水准仪的特点

1) 自动显示读数和储存数据：对于数字水准仪，其基本工作原理是：测量人员瞄准条码标尺调焦后，标尺的像经过分光镜之后，一路成像在分划板上，用于观测者观测；另一路成像在探测器上，用于电子读数，即标尺读数和水平距离读数。这样观测值就以数字显示，减免了观测人员的人为读数误差。另外，仪器可对数据进行自动的记录、检核及处理，还可以直接把仪器中的数据输入计算机进行存储或处理，实现内、外业的一体化[2]。

2) 操作简便效率高速度快：数字水准仪操作时只要按键和调焦就可以自动地显示读数，即使非专业的作业人员也能很快熟练地操作仪器，测量速度很快；同时也减轻了测量人员的作业劳动强度，提高了工作效率。

3) 测量精度高：由于标尺读数和视距读数都是大量的条码分划图象经过处理后取平均获得的数值，标尺分划误差的影响降低了，测量精度提高了。

数字水准仪常用于国家二等水准测量及精密沉降观测等应用。

2.3 闭合水准路线BMA-D-E-F-BMA各测段的观测、记录和数据的计算

2.3.1 第一测段BMA-D的观测和数据的记录计算

根据大赛的要求，水准路线采用单程观测，每个测段的测站数为偶数，常设为四个测站，每个测站测两次高差，奇数站观测水准尺的顺序为后-前-前-后，偶数站观测顺序为前-后-后-前。除路线转弯处，每站上仪器与前后视条码标尺尽量接近一条直线。下表为二等水准测量技术要求。

表1 二等水准测量技术要求

1) 第一测段BMA-D第一个测站的观测

首先在第一个测站两水准点中间安置数字水准仪，之后整平仪器(旋转三个角螺旋使圆水准器气泡居中)，然后瞄准后视点上的条码标尺并进行调焦。 开机后，设置仪器的几项参数，选择标准测量模式下的标准测量，按MEAS键开始测量，屏幕上自动显示标尺均值和视距均值时，记录数据。然后调转望远镜，瞄准前视点上的标尺，此时应尽量避免调焦，记录数据。遵循奇数站后前前后的观测顺序，依次把数据记录到记录表中。然后计算两次高差，如其差值满足上表要求，取其平均值作为这一测站高差，仪器搬站，进行下一测站测量；如其差值大于0.6 mm，则进行重测，直到符合要求为止。注意：高差取位到0.00001 m,高程取位到0.001 m。

2) 第一测段BMA-D数据记录表(见表2)

2.3.2 二等闭合水准路线BMA-D-E-F-BMA的高差配赋和高程计算表(见表3)

3 二等水准测量误差分析与控制

水准测量的误差常包括仪器误差、操作误差和外界条件的影响这三方面。

3.1 仪器误差

仪器误差主要是指i角误差和水准尺的零点差。

i角是指水准仪望远镜的视准轴与水准管轴不平行而在竖直面上投影的夹角[4]。现在使用的数字水准仪性能很优越，能满足二等水准测量的精度要求。但是由于受到外界环境等因素的影响,数字水准仪的i角可能超限,从而影响测量的精度,所以在使用前要对数字水准仪i角进行校正，这是保证水准测量结果的重要前提。另外，在测量过程中对每个测站的后、前视距离之差和后、前视距离的累积差规定一个限值，照准同一个测站的前、后视标尺时尽量避免调焦，在阳光下测量要用伞遮住仪器等，都可以减弱或消除i角误差的影响。

表2 二等水准测量外业观测手簿

与数字水准仪配套使用的是条码标尺，由于标尺刻划的不准确性以及尺子本身长度变化、弯曲等因素的影响，水准尺在使用前也要进行严格检验。而对于两水准标尺的零点差，可以通过在一测段将测站数设成偶数，且在相邻测站上使两标尺轮流作为前视尺和后视尺等方法予以消除。

3.2 操作误差

虽然数字水准仪具有自动读数的特点，消除了人为读数误差的影响，也不像微倾式水准仪进行人工精平操作，但是在整平仪器、调焦，竖立标尺时仍然存在人为误差的影响。

在整平仪器时，注意要遵守“左手拇指”定则即左手大拇指旋转脚螺旋的方向，也就是气泡移动的方向。不可盲目地转动脚螺旋。要注意仪器转到任何一个方向，气泡都要居中。操作过程中要认真仔细，才能提高测量的精度。

在调焦过程中，如果调焦质量不高、所成的像不是很清晰，数字水准仪自动测量的结果也就不准确，必然会影响测量精度。这就要求测量人员在操作时认真仔细，旋转调焦手轮时动作要轻，使十字丝像非常清晰，标尺的像能准确地聚集在CCD上，这样才能准确的反映测量值，所以保证每站的调焦质量至关重要。

在水准测量读数时，如果水准尺在视线方向前后倾斜，会造成读数总会偏大。视线越靠近尺的顶端位置，误差也就越大。所以扶持员要注意使标尺上的圆水准气泡保持居中或者使用配套的可调节升降尺撑使圆水准气泡居中，从而提高扶尺质量，保证测量精度。

3.3 外界条件的影响

3.3.1 地球曲率及大气折光的影响

在测量工作中，用水平面代替大地水准面对高程产生的影响(即地球曲率因素的影响)会随着视线长度的增加而增加。视线在大气中穿过时，也会受到大气折光因素的影响，视线离地面越近，视线越长，大气折光的影响也就越大[4]。为减弱这两种因素的影响，常采用一测站上前、后视距离相等的方法，另外像表1二等水准测量技术要求规定的对视线长度和视线高度的控制也可减弱它们的影响。

3.3.2 振动对测量成果的影响

水准路线常布设在交通繁忙的公路上，车辆通过时容易造成空气的抖动和地面的震动，数字水准仪对这些震动非常地敏感，从而造成这些测段误差大，高差闭合差易超限。因此要选择有利的观测时间，注意选择稳定的地方设站、立尺，减弱补偿器振动和地面震动对测量成果的影响，保证测量成果的有效性，提高测量精度。

4 结论

数字水准仪在二等水准测量中的应用，使测量过程简便、易操作，测量数据准确可靠，大大节约了人力和时间，提高了工作效率。测量过程中要严格执行二等水准测量技术要求和工程测量规范中的有关规定，按操作程序进行，并注意减小外界条件造成的影响，才会获得有效数据，减小测量误差，提高测量精度。

[1] 2014山西省第八届职业院校技能大赛(高职学生组)工程测量赛项技术规程[Z].运城:山西水利职业技术学院,2014.

[2] 潘正风，程效军，成枢,等．数字测图原理与方法[M].第2版．武汉：武汉大学出版社,2013.

[3] 国家测绘局．GB/T12897—2006国家一、二等水准测量规范[S]．北京：中国标准出版社,2006.

[4] 金为民.测量[M].第2版.北京：中国农业出版社.2016.

Error Analysis and Control of Second-class Leveling Surveying

Zhong Yuanhua

(ShuozhouVocationalandTechnicalCollege,ShuozhouShanxi036002,China)

With the rapid development of surveying and mapping technology, the digital level is widely used in the engineering survey, and greatly improves the measuring accuracy and the working efficiency. This paper analyzes the application of digital level on closed second-class leveling surveying. Then, the it puts forward the methods and measures for decreasing the measurement errors.

Kelida DL2007 digital level; closed second-class leveling surveying; error analysis and control

2017-05-26

钟元华(1971- ),女,山西朔州人, 高级讲师,大学本科,研究方向：测量与矿山测量。

1674- 4578(2017)04- 0028- 03

P224.1

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