水准测量的误差来源及控制方法

68 2005/ 12TRANSPOWORLD 勘察 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 过程中水准测量的 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 水准测量是采用几何原理，利用水 平视线测定两点间高差。仪器使用水准 仪，工具是水准尺和尺垫。公路 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 测量 一般使用DS3型微倾式自动安平水准仪， 每公里能达到的精度是3mm，水准仪在 一个测站使用的基本程序是，安置仪器， 粗略整平，瞄准水准尺，精确整平和读 数。我们在实际勘测过程中就是按这个 顺序施行，在每一水准点段测完后复核 结果。 同一条公路采用同一个高程系统， 测量方法是基平与中平同时测量，两台 水准仪同时观测一个水准尺，间视和转 点由两个人立水准尺。两台水准仪总是 同时观测一个水准尺进行读数，一个水 准点段测完后进行检核。每一测站如果 没有检查和复核，将为误差的积累创造 条件，容易返工，耽误时间，浪费人力。 通过工程实践证明，这一方法经常出现 错误。节选五个水准点连续错误中的一 个测段结果如表1和2所示。 表1经过结果整理，读数差Δh=Σ 后视-Σ前视，Δh小于2mm，满足规 范要求。但是施工过程中，施工单位提 出了问题。经过表2复核补充测量成果， 证实外业测量结果不正确。因此，有必 要 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 水准测量的误差，找出控制纠正 的方法，避免错误出现，保证项目的顺 利施工。 水准测量的现状 现在应用水准点与中桩分开观测的 方法，水准点观测采取往返测量，成果 整理要求高差闭合差fh容（fh容=Σh 往+Σh返）达到平原微丘区三等水准 测量的精度，即不大于±20·L（1/2）。 平原微丘地区影响水准测量精度的主要 因素是水准路线的长度，长度越长，精 度越低。山区则是测站，测站越多，精 度越低。 水准测量的误差分析及控制 方法 水准测量误差有仪器误差、观测误 差和外界条件的影响。 仪器误差之一是水准仪的望远镜 视准轴不平行于水准管轴所产生 的误差 仪器虽在测量前经过校正，但仍会 存在残余误差。因此造成水准管气泡居 中，水准管轴居于水平位置，而望远镜视 准轴却发生倾斜，致使读数误差。这种误 差与视距长度成正比，观测时可通过中 间法（前后视距相等）和距离补偿法（前 视距离和等于后视距离总和）消除。针对 中间法在实际过程中的控制情况，立尺 人是关键。可用普通皮尺测距离，之后立 水准测量的误差来源及控制方法 文/何大海 水准测量是确定公路工程地面点高程的方法之一，是高程测量中精度较高且常用的方法。 实施过程中，需要几个人合作才能完成。由于仪器和人为的影响，误差允许范围内的精度 不容易控制，而且易出现隐蔽性错误，如果不能及早发现，基础资料是错误的，导致水准 点高程不正确，直接影响路线纵断面设计和施工。 表1 廊泊一级公路BM4至BM5水准点外业测量结果 点号 后视 视线高 间视 前视 高程 点号 后视 视线高 间视 前视 高程 BM43.30015.750 3.28615.529557.81.48315.765 1.45014.282 254.6 1.442 14.308600 1.386 14.379 284.6 1.424 14.326650 1.357 14.408 314.61.42515.715 1.46014.290700 1.67216.005 1.43214.333 344.6 1.420 14.295750 1.482 14.523 374.6 1.387 14.328800 1.476 14.529 406.21.49315.716 1.49214.223850 1.48816.021 1.47214.533 ZD11.17515.732 1.15914.557900 1.475 14.546 C6 1.415 14.317950 1.428 14.593 437.8 1.425 14.307K4 1.54016.204 1.35714.664 467.8 1.363 14.36950 1.439 14.765 497.8 1.312 14.420ZD2 2.24017.684 0.76015.444 527.8 1.41 14.322BM5 0.82616.864 表2 廊泊一级公路BM4至BM5水准点复核测量结果 点号 后视 视线高 间视 前视 高程 点号 后视 视线高 间视 前视 高程 平均高程 BM41.637 1.63712.585BM41.798 1.79812.53912.562 ZD11.848 0.20214.020ZD11.884 0.36613.971 ZD21.424 1.39914.469ZD21.452 1.43614.419 ZD31.372 1.35914.534ZD31.436 1.38814.483 ZD41.330 1.28314.623ZD41.392 1.34914.570 ZD51.348 1.30114.652ZD51.364 1.36714.595 ZD61.413 1.27914.721ZD61.521 1.29514.664 ZD71.533 1.20014.934ZD71.580 1.30714.878 ZD81.525 1.06515.402ZD81.531 1.11315.345 ZD92.012 1.35015.577ZD91.890 1.35515.521 BM5 0.48517.104BM5 0.36317.04817.076 TRANSPOWORLD 现代公路 《交通世界》 692005/ 12 尺，简单易行。而距离补偿法不仅繁琐， 且不易掌握。 仪器误差之二是水准尺误差 主要包含尺长误差（尺子长度不准 确）、刻划误差（尺上的分划不均匀）和 零点差（尺的零刻划位置不准确）。对于 较精密的水准测量，一般应选用尺长误 差和刻划误差小的标尺。对于尺的零误 差影响，控制方法可以通过在一个水准 测段内，交替轮换使用两根水准尺（本测 站用作后视尺，下测站则用作前视尺）， 并把测段站数目布设成偶数，以在高差 中相互抵消，同时可以减弱刻划误差和 尺长误差的影响。 观测误差之一是符合水准管气泡居 中的误差 由于符合水准气泡未能做到严格居 中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数 误差。读数误差的大小与水准管的灵敏 度有关，主要是水准管分划值τ的大小。 此外，读数误差与视线长度成正比。水 准管居中误差一般认为是0.1·τ，根据 公式m居=0.1·τ·S/ρ，DS3级水准 仪水准管的分划值一般为20″，视线长 度S为75m，ρ=206265″，那么m居 =0.4mm。由此看来，只要观测时符合水 准管气泡能够认真仔细进行居中，且对 视线长度加以限制，与中间法一致，此 误差可以消除。 观测误差之二是视差的影响 当存在视差时，尺像不与十字丝平 面重合。观测时眼睛所在的位置不同，读 出的数也不同，因此产生读数误差。所以 在每次读数前，控制方法就是要仔细进 行物镜对光，消除视差。 观测误差之三是水准尺的倾斜误差 水准尺如果是向视线的左右倾斜， 观测时通过望远镜十字丝很容易察觉并 纠正。但是，如果水准尺的倾斜方向与视 线方向一致，则不易察觉。尺子倾斜总是 使尺上读数增大。它对读数的影响与尺 的倾斜角和尺上读数的大小（即视线距 地面的高度）有关。尺的倾斜角越大，对 读数的影响就越大；尺上读数越大，对读 数的影响就越大。如图1所示意： 视线 地面 图1 所产生的读数误差为Δa=a（1-cos γ）。当γ=3o，a=1.5m时，Δa=2mm。 由此可以看出，此项影响是不可忽视的。 通常我们立镜高度是1.7m，则Δa= 2.33mm。因此，在水准测量中，立尺是 一项十分重要的工作，一定要认真立尺， 使尺处于铅垂位置。尺上有圆水准的应 使气泡居中。必要时可用摇尺法，即读数 时尺底置于点上，尺的上部在视线方向 前后慢慢摇动，读取最小的读数。当地面 坡度较大时，尤其应注意将尺子扶直，并 应限制尺的最大读数，最重要的是在转 点位置。 外界条件和下沉的影响 用水平面代替水准面对高程的影 响，可以用公式Δh=D2/（2R）表示： 地球半径 R=6371Km，当 D=75m时， Δ h=0.44cm；当 D=100m时，Δ h= 0.08cm；当D=500m时，Δh=2cm；当 D=1Km时，Δh=8cm；当D=2Km时， Δh=31cm。显然，以水平面代替水准面 时，高程所产生的误差要远大于测量高 程的误差。所以，对于高程而言，即使 距离很短，也不能将水准面当作水平面， 一定要考虑地球曲率对高程的影响，实 测中采用中间法可消除。大气折光使视 线成为一条曲率约为地球半径7倍的曲 线，使读数减小，可以用公式Δh=D2/ （2x7R）表示，视线离地面越近，折射越 大，因此视线距离地面的角度不应小于 0.3m，并且其影响也可用中间法消除或 减弱。此外，应选择有利的时间，一日 之中，上午10时至下午4时这段时间大 气比较稳定，便于消除大气折光的影响， 但在中午前后观测时，尺像会有跳动， 影响读数，应避开这段时间，阴天、有 微风的天气可全天观测。 仪器下沉是指在一测站上读的后视 读数和前视读数之间仪器发生下沉，使 得前视读数减小，算得的高差增大。为减 弱其影响，当采用双面尺法或变更仪器 高法时，第一次是先读后视读数再读前 视读数，而第二次则先读前视读数再读 后视读数，即按照“后、前、前、后”的 观测程序。这样，两次高差的平均值即可 消除或减弱仪器下沉的影响。 水准尺下沉的误差是指仪器在迁移 过程中，转点发生下沉，使迁站后的后 视读数增大，算得的高差也增大。如果 采取往返测，往测高差增大，返测高差 减小，所以取往返高差的平均值，可以 减弱水准尺下沉的影响。最有效的方法 是应用尺垫，在转点的地方必须放置尺 垫，并将其踩实，以防止水准尺在观测 过程中下沉。 根据误差来源分析（表1），应用偶 然中误差MΔ=±（[Δ·Δ]/[4·n·R]） （1/2）计算合格，附合路线闭合差公式 计算同样合格。那么，这个比较隐蔽的错 误主要来源是立尺方向出现倾斜和转点 位置下沉或移动，中间法距离控制不好。 解决的方法是，首先改变水准测量的模 式，基平与中平分开。其次在每一个测站 检核，在同一测站上以不同的仪器高度 （或称视线高度）观测两次，两次所测高 差之差不超过规定的容许值2.0mm，取 其算术平均值作为本测站的观测结果。 严格执行上述控制误差的方法，就能够 有效的把误差控制在精度要求内。 结 语 减小和消除误差的方法都是以增加 时间或采取更多的步骤为代价。在测量 中操作熟练，才能提高观测的速度；采取 规范的办法，严格执行正确步骤，司仪与 立尺互相配合，才能得到正确结果。 本文作者系河北省廊坊市交通勘察设计院助理工 程师