浅谈水准测量的误差
导读：
摘 要:高程测量是测量任务中的一部分。其中,水准测量是高程测量中精度最高、用途最广、一种普遍采用的测量方法。笔者结合自身的工作经验以及参考大量资料,对水准测量的误差谈一点自己的看法,与同行们共勉。
关键词:测量;误差
水准测量的误差,按其来源可分为3类:仪器误差、观测误差和外界条件影响产生的误差。
1 仪器误差
1.1 视准轴与水准管轴不平行的误差
成因:经过校正的仪器,在使用时间过长或受到震动后,使得视准轴与水准管轴不平行而产生一定夹角。即使在水准气泡居中时,视准轴也不会水平,结果在水准尺上引起了读数误差,该误差与视距的大小成正比。
预控措施:使用前后视距相等的方法测量,可消除或减小该误差的影响。
1.2 水准尺的误差
成因:水准尺的误差,包括尺长误差、分划误差和零点误差。作业前应对水准尺进行检验,对尺长误差和分划误差不符合规定要求的尺应停止使用。
控制措施:对于尺长误差较大水准尺,使用时,应在最后的高差加上水准尺每1 m的尺长改正。对由于尺底磨损引起的零点误差,可采用设偶数站的方法来消除。
2 观测误差
2.1 水准管气泡居中的误差
通常,我们在水准仪精平时进行读数,而忽略了在读数时水准气泡是否居中。同时由于观测方式的影响,导致读数的误差。如果采用灵敏度高且装有符合水准器的仪器,在读数前后调整气泡居中,则该误差会大为减少。
2.2 估读水准尺的误差
由于观测者视力的不同以及受望远镜的放大倍数V和观测距离D的影响,造成读数的误差。试验证明,要保证估读至mm的精度,则十字丝与标尺cm分划的影像宽度需要满足1∶10的关系。眼睛的分辨能力一般为60",十字丝影像宽度经放大后在人的明视距离上约为0.1 mm。按上述比例关系,标尺cm的分划的影像宽度应不小于1 mm,这就要求在75 m的距离内,望远镜的放大倍率不得小于30倍。故保证估读精度的前提是,视线的长度和望远镜的放大率必须符合规定要求。
望远镜在标尺上读数误差,可用下式计算:
Mv=±60"*D/(vρ")"=±60"*75000/(30*206265")=0.7 mm
计算表明,放大率为30倍,视线长在75 m至80 m的范围内,可保证估读1 mm的精度。
2.3 水准尺倾斜的误差
测量时,水准尺左右倒在目镜中可以看到并可以纠正,但尺子前后倒时则会产生读数误差。设水准尺沿视线方向前(后)倾斜角为δ,视线在倾斜尺上的读数为b',未倾斜的尺读数为b= b'cosδ,由此产生的读数误差△b为:
△b=b'-b=b'(1-cosδ)=b'/(δ"/ρ")2
例如,当δ=30°,b'=2m时,则△b=3 mm3 外界条件的影响
3.1 地球曲率的影响
由于地球曲率的缘故,在同一水准面上的两个点其高差并不为零,由此产生的读数影响c的计算如下:
C=D2/2R
其中,D:两点之间的距离;
R:地球的半径。
如果将仪器置于前后视尺中间大致等距离处,利用等距等影响的原则,使测站高差计算中自动消除曲率对前后视读数的影响。
3.2 大气折光的影响
大气层的空气密度一般是上疏下密,但在距地面1.5 m以内的某些局部地区,由于受到地面辐射热的缘故,空气密度也会发生下疏上密的现象。当视线通过不同密度的大气层时,就会连续发生折射而呈现弯曲状。这种现象为大气折光。
在平坦地区,当视线离地面1.5 m以上时,视线将发生向下弯曲,使水准尺读数减小ν,ν约等于地球曲率影响的1/7。
大气折光对高差的影响,亦可用前、后视距相等的方法来加以消弱。但是,在地面坡度较大,前视或后视一端视线接近地面时,视线将发生向上弯曲,使尺上读数增大ν,而且随着地面覆盖物的性质不同而变化。因此不能采用前、后视距相等方法来消弱,只能缩短视线的长度,增加视线的高度,选择良好的观测时间等方法来减小大气折光的影响。一般规定视线高度不要低于0.3 m。
3.3 仪器升沉的影响
在观测中,由于仪器的自重、测站上土质松软等原因,使仪器随时间逐渐下沉;或由于土壤的弹性会使仪器上升,它将使尺上读数减小或增大。为减小下沉的影响,仪器应安置在土质坚实的地方,脚架要踏牢。在测站采用往返观测法,提高观测速度,可消弱其影响。
3.4 尺垫下沉的误差
当仪器转站时,由于尺垫的自重或土质松软的原因,使尺垫随时间逐渐下沉,后视读数增大。采用往返观测取平均值的方法来减小尺垫下沉的影响。
3.5 温度变化对视准轴与水准管轴夹角i的影响
仪器经过校正,其残余误差使i角不为零。如果i角不能保持恒定,随温度产生不规则的变化,那就难以前后视距相等的方法来消除其影响。为此,在观测中应撑伞遮阳,避免仪器受阳光的暴晒,以减少该误差的影响。
总之,水准测量是测量中的一个需要频繁操作的工作。水准测量成果的精确与否,直接影响到工程的质量。所以,我们要熟练掌握技术,把水准测量的误差降到最小,做到精益求精,以更好地为工程服务。
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