浅析水准测量误差来源及控制措施

张学珍　郭长和　姚化胜

摘 要：水准测量误差包括仪器误差、外界条件的影响和人的观测误差三个方面。仪器误差包括视准轴与水准管轴不平行引起的i角误差和水准尺的误差。外界环境引起的误差主要有水准仪和水准尺下沉误差、地球曲率及大气遮光引起的误差及温度引起的误差。测量人员的技术水平高低和相互配合的熟练程度，也能影响测量误差的大小。

关键词：i角误差 下沉误差 调焦误差 水准尺倾斜误差 地球曲率及大气折光

中图分类号：U273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0068-01

水准测量实施过程中，需要在不同地域，几个人合作才能完成.误差允许范围内的精度由于仪器和人为操作的影响而不易控制，而且在测量过程中容易出现隐蔽性错误，如果不能及时发现而提供了错误的成果，会给工程的实施造成重大的损失。因此，分析水准测量的误差，找出控制、纠正的方法，避免错误的出现，是一项非常重要的工作。

1 仪器和工具

1.1 水准仪的误差

一是制造误差，即仪器在制造过程中就存在制造缺陷，这项误差是无法消除的；二是i角误差。水准仪的水准管轴在空间平行于望远镜的视准轴时，它们在竖直面上的投影是平行的，若两轴不平行，则在竖直面上的投影也不平行，其交角i称为i角误差。i角误差与视距长度成正比。测量时可通过中间法（前后视距相等）和距离补偿法（前视距离和等于后视距离和）消除。

1.2 水准尺的误差

首先水准尺的分划不精确、尺长发生变化、尺身弯曲都会给读数造成误差。此外，由于水准尺长期使用导致尺底端零点磨损，或者是水准尺的底端沾上泥土改变了水准尺的零点位置。可以通过在一水准测段中把两支水准尺交替作为前后视读数，并把测站数布设成偶数站来减弱零点改变、刻画误差和尺长误差的影响。

2 外界条件的影响的误差

（1）仪器下沉（或上升）所引起的误差。仪器下沉（或上升）的速度与时间成正比。为了减弱此项误差的影响，可以在同一测站进行第二次观测，而且第二次观测应先读前视读数，再读后视读数，取两次高差的平均值。

（2）水准尺下沉（或上升）引起的误差是指仪器在迁站过程中，转点发生下沉（或上升），使迁站后的后视读数增大（或减小），算得的高差也增大（或减小），往测和返测时水准尺下沉（或上升）量是相同的，由于误差符号相同，而往测和返测高差符号相反，因此取往测和返测高差的平均值可消除其影响。

（3）地球曲率及大气折光引起的误差。由于愈靠近地面空气密度愈大，视线通过不同密度的介质而产生折射，所以实际上视线并不水平而是呈弯曲状，这就是大气折光的影响，用表示。在平坦地区测量，如果前、后视距离相等，距离地面的高度也大致相同，则折光影响相同，视线弯曲程度也相同，在高差计算中就可以消除这种误差影响。当水准测量通过一个较长的坡度时，由于前视视线离地面的高度总是大于（或小于）后视视线离地面的高度，这时，垂直折光对高差就会产生系统性质误差影响。为了减弱垂直折光对观测高差的影响，应使前后视距尽量相等，并使视线离地面有足够的高度，在坡度较大的水准路线上进行作业时也应适当缩短视距。

（4）温度对水准测量的影响主要表现在两方面。一是对大气折光的影响。白天近地面空气温度高，密度低，弯曲的光线凹面向上，晚上近地面空气温度低，密度高，弯曲的光线凹面向下。二是温差使空气处于频繁的运动中，形成不规则的湍流，使视线抖动，增大观测误差。要减弱温度对观测误差的影响，观测时间应选在上午日出后30分开始，至中天前1.5小时止；下午自中天后3小时起到日落前30分止。可按地区、季节及气象情况适当变通。

3 观测误差

3.1 立尺误差

经过检验的水准尺，当气泡居中时，水准尺也会有不易觉察的倾斜。水准尺的倾斜总是使尺上的读数增大。它对读数的影响与尺子的倾斜角和尺上的读数的大小（即视线距地面的高度）有关，尺的倾斜角越大，对读数的影响越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。其产生的读数误差为Δa=a（1-cosγ）。当γ=3，a=1.7m时，Δa=2.33mm。由此可见，这项误差的影响是不可忽视的。精度要求较高时可用摇尺法，读取尺上的最小读数。当地面坡度较大时，更要注意将水准尺立直，同时限制最大读数，以减少水准尺倾斜误差带来的影响。水准仪迁站时，作为前视点的立尺员，在转动水准尺时，尽量减轻尺子对尺垫的压力，防止尺垫移动。立尺员必须把水准尺立在土质坚硬处，测量前用脚将尺垫踩稳。立尺员立尺前还要注意尺底端是否沾上泥土。

3.2 仪器操作产生的误差

使用气泡式水准仪观测时，管水准气泡不可能做到严格居中，使望远镜的视准轴发生倾斜。这种误差主要和水准管内壁曲面的弯曲程度有关。在观测时应使符合水准管气泡仔细居中，使用自动安平水准仪时也应使气泡严格居中。无论气泡式水准仪还是自动安平水准仪，对视线长度都应按规范要求加以限制。水准尺的估读误差与望远镜的放大倍数和视距长度有关，望远镜的放大倍数为定值，因此控制视距的最大长度才能减弱此项误差。当水准尺前后视距不等时，读完后视再读前视就会产生视差，有人认为只要再进行物镜调焦，就可消除误差，这是不对的，因为水准仪还存在调焦透镜运行误差。《国家三四等测量规范》要求，同一测站上一般不得两次调焦。仅当视线长度小于10m，且前后视距差小于1m时，才可调整焦距。

3.3 记录

记录员在听到观测员读数后，要将读数正确记入相应的栏目中，边记录边向观测员回报数字。记录资料不得转抄。记录的字体要清晰、端正，记录有误时不应用橡皮擦掉，应用斜线将错数划掉后重新记录。每站高差应当场计算，检核合格后，才能通知观测员迁站。

4 结语

减小和消除误差的方法在现阶段都是以增加测量时间或采取更多的步骤为代价。在测量工作中操作熟练，才能加快观测的速度，仔细、认真才能提高观测的质量。按国家测量规范的要求，严格执行正确步骤，测量人员相互配合，才能得到正确的结果。通过实践证明，将上述控制方法应用到实际工作中，测量成果没有出现错误，达到了“多干事、动作快、效率好、省时间”的目的。

参考文献

[1] 武汉测绘科技大学编写组.测量学[M].北京：测绘出版社，1996.

[2] 中华人民共和国国家标准.GB1289-91，国家三、四等水准测量规范[S].2000年8月1日实施.

[3] 李青岳.工程测量学[M].北京：测绘出版社，1995.